JP2016058635A - Semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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有紀 山本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve performance of a semiconductor device; and reduce manufacturing cost.SOLUTION: A semiconductor device comprises a plurality of photodiodes arranged on a principal surface of a semiconductor substrate in an array, ptype semiconductor regions PR each surrounding each photodiode in plan view and a plurality of transistors arranged among photodiodes adjacent to each other in a Y direction. A semiconductor device manufacturing method comprises: a process of forming ptype semiconductor regions PR by ion implantation of a p type impurity into a semiconductor substrate by using a mask layer KM having an opening for opening a scheduled area where the ptype semiconductor regions PR are to be formed; and a process of performing ion implantation of an n type impurity into the semiconductor substrate by using the mask layer MK. In the process of performing ion implantation of the n type impurity, ion implantation is performed on regions among photodiode formation scheduled regions PDA adjacent to each other in the Y direction but ion implantation is not performed on regions among the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent to each other in an X direction.SELECTED DRAWING: Figure 29

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、固体撮像素子を含む半導体装置の製造方法に好適に利用できるものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and can be suitably used for, for example, a method for manufacturing a semiconductor device including a solid-state imaging element.

固体撮像素子として、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)を用いた固体撮像素子(CMOSイメージセンサ)の開発が進められている。このCMOSイメージセンサは、フォトダイオードと転送用トランジスタとを有する複数の画素を含んで構成される。   As a solid-state imaging device, development of a solid-state imaging device (CMOS image sensor) using a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) has been advanced. This CMOS image sensor includes a plurality of pixels each having a photodiode and a transfer transistor.

特開2008−91781号公報(特許文献1)には、CMOSイメージセンサにおいて、隣接するフォトダイオード間の素子分離層を形成する技術が記載されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2008-91781 (Patent Document 1) describes a technique for forming an element isolation layer between adjacent photodiodes in a CMOS image sensor.

特開2009−130252号公報(特許文献2)には、多段イオン注入に関する技術が記載されている。   Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-130252 (Patent Document 2) describes a technique related to multistage ion implantation.

特開2008−91781号公報JP 2008-91781 A 特開2009−130252号公報JP 2009-130252 A

光電変換素子を有する半導体装置があるが、そのような半導体装置においても、できるだけ半導体装置の性能を向上させることが望まれる。または、半導体装置の製造コストを低減させることが望まれる。あるいは、性能を向上させ、かつ、製造コストを低減させることが望まれる。   Although there is a semiconductor device having a photoelectric conversion element, even in such a semiconductor device, it is desired to improve the performance of the semiconductor device as much as possible. Alternatively, it is desired to reduce the manufacturing cost of the semiconductor device. Alternatively, it is desired to improve performance and reduce manufacturing costs.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

一実施の形態によれば、半導体装置は、半導体基板の主面に第1方向および前記第1方向に交差する第2方向にアレイ状に配置された複数の光電変換素子と、前記半導体基板に前記各光電変換素子を平面視で囲むように形成された第1導電型の第1半導体領域と、前記半導体基板の主面の前記第2方向に隣り合う前記光電変換素子間に配置された複数のトランジスタと、を有する。この半導体装置の製造方法は、(a)前記第1半導体領域が形成される予定領域を開口する開口部を有するマスク層を、前記半導体基板上に形成する工程、(b)前記マスク層をイオン注入阻止マスクとして用いて前記半導体基板に前記第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記半導体基板に前記第1導電型の前記第1半導体領域を形成する工程、を有する。この半導体装置の製造方法は、更に、(c)前記マスク層をイオン注入阻止マスクとして用いて、前記半導体基板に前記第2導電型の不純物をイオン注入する工程、を有する。前記(c)工程では、前記半導体基板の主面において、前記第2方向に隣り合う前記光電変換素子間の領域に対応する第1領域に対してはイオン注入されるが、前記第1方向に隣り合う前記光電変換素子間の領域に対応する第2領域に対してはイオン注入されない。   According to an embodiment, a semiconductor device includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in an array in a first direction and a second direction intersecting the first direction on a main surface of a semiconductor substrate, and the semiconductor substrate A first conductive type first semiconductor region formed so as to surround each photoelectric conversion element in plan view, and a plurality of photoelectric conversion elements arranged between the photoelectric conversion elements adjacent in the second direction of the main surface of the semiconductor substrate And a transistor. In this method of manufacturing a semiconductor device, (a) forming a mask layer having an opening for opening a region where the first semiconductor region is to be formed on the semiconductor substrate; (b) forming the mask layer into an ion Forming the first semiconductor region of the first conductivity type in the semiconductor substrate by ion-implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the implantation blocking mask. The semiconductor device manufacturing method further includes (c) a step of ion-implanting the second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the mask layer as an ion implantation blocking mask. In the step (c), ions are implanted into the first region corresponding to the region between the photoelectric conversion elements adjacent in the second direction on the main surface of the semiconductor substrate. Ion implantation is not performed on the second region corresponding to the region between the adjacent photoelectric conversion elements.

一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。   According to one embodiment, the performance of a semiconductor device can be improved.

または、半導体装置の製造コストを低減させることができる。   Alternatively, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

あるいは、半導体装置の性能を向上させ、かつ、半導体装置の製造コストを低減させることができる。   Alternatively, the performance of the semiconductor device can be improved and the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced.

一実施の形態の半導体装置の構成例を示す回路ブロック図である。1 is a circuit block diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment; 画素の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of a pixel. 画素の他の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other structural example of a pixel. 一実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor wafer and chip area | region in which the semiconductor device of one embodiment is formed. 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部平面図である。It is a principal part top view of the semiconductor device of one embodiment. 図5の一部を拡大して示す部分拡大平面図である。FIG. 6 is a partially enlarged plan view showing a part of FIG. 5 in an enlarged manner. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態の半導体装置の要部断面図である。It is principal part sectional drawing of the semiconductor device of one embodiment. 一実施の形態である半導体装置の製造工程中の要部平面図である。It is a principal part top view in the manufacturing process of the semiconductor device which is one Embodiment. 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 16 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 15 during a manufacturing step; 図15〜図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 20 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 15 to 19; 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 20 during a manufacturing step; 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 20 during a manufacturing step; 図20と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 21 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 20 during a manufacturing step; 図20〜図23に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 24 is a fragmentary plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 20 to 23; 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 24 during a manufacturing step; 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 24 during a manufacturing step; 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 24 during a manufacturing step; 図24と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 25 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 24 during a manufacturing step; 図24〜図28に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 29 is an essential part plan view of the semiconductor device in manufacturing process, following FIGS. 24 to 28; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 30 is an essential part plan view of the same semiconductor device as in FIG. 29 in manufacturing process; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 30 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 29 during a manufacturing step; 図29〜図33に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 34 is an essential part plan view of the semiconductor device in manufacturing process, following FIGS. 29 to 33; 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 35 is an essential part plan view of the same semiconductor device as in FIG. 34 in manufacturing process; 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 34 during a manufacturing step; 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 34 during a manufacturing step; 図34と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 35 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 34 during a manufacturing step; 図34〜図38に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 39 is an essential part plan view of the semiconductor device in manufacturing process, following FIGS. 34 to 38; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 39 during a manufacturing step; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 39 during a manufacturing step; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 39 during a manufacturing step; 図39と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 40 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 39 during a manufacturing step; 図39〜図43に続く半導体装置の製造工程中の要部平面図である。FIG. 44 is a substantial part plan view of the semiconductor device during a manufacturing step following that of FIGS. 39 to 43; 図44と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 44 during a manufacturing step; 図44と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 44 during a manufacturing step; 図44と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 44 during a manufacturing step; 図44と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 45 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 44 during a manufacturing step; 図44〜図48に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 49 is an essential part cross sectional view of the semiconductor device during a manufacturing step following FIGS. 44 to 48; 図49と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 50 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 49 during a manufacturing step; 図49と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 50 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 49 during a manufacturing step; 図49と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。FIG. 50 is an essential part cross sectional view of the same semiconductor device as in FIG. 49 during a manufacturing step;

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number. Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the following embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。   In the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted even in a cross-sectional view so as to make the drawings easy to see. Further, even a plan view may be hatched to make the drawing easy to see.

(実施の形態)
以下、図面を参照しながら本実施の形態の半導体装置の構造および製造工程について詳細に説明する。本実施の形態1では、半導体装置が、半導体基板の表面側から光を入射する表面照射型のイメージセンサとしてのCMOSイメージセンサである例について説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, the structure and manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, an example in which the semiconductor device is a CMOS image sensor as a surface irradiation type image sensor in which light is incident from the surface side of the semiconductor substrate will be described.

<半導体装置の構成>
図1は、本実施の形態の半導体装置の構成例を示す回路ブロック図である。図2は、画素の構成例を示す回路図である。なお、図1では、アレイ状(行列状)に配置された4行4列(4×4)の16個の画素を示すが、画素の配列数はこれに限定されず、種々変更可能であり、例えば、実際にカメラなどの電子機器に使用される画素数は数百万のものがある。
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 1 is a circuit block diagram illustrating a configuration example of the semiconductor device of the present embodiment. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a pixel. FIG. 1 shows 16 pixels of 4 rows and 4 columns (4 × 4) arranged in an array (matrix), but the number of pixels is not limited to this and can be variously changed. For example, there are millions of pixels actually used in electronic devices such as cameras.

図1に示す画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ状に配置され、その周囲には、垂直走査回路VSCや水平走査回路HSCなどの駆動回路が配置されている。各画素(セル、画素ユニット)PUは、選択線SLおよび出力線(出力信号線)OLの交点に配置されている。選択線SLは垂直走査回路VSCと接続され、出力線OLはそれぞれ列回路CLCと接続されている。列回路CLCはスイッチSWTを介して出力アンプAPと接続されている。各スイッチSWTは水平走査回路HSCと接続され、水平走査回路HSCにより制御される。   In the pixel region 1A shown in FIG. 1, a plurality of pixels PU are arranged in an array, and a drive circuit such as a vertical scanning circuit VSC or a horizontal scanning circuit HSC is arranged around the pixel PU. Each pixel (cell, pixel unit) PU is arranged at the intersection of the selection line SL and the output line (output signal line) OL. The selection line SL is connected to the vertical scanning circuit VSC, and the output line OL is connected to the column circuit CLC. The column circuit CLC is connected to the output amplifier AP via the switch SWT. Each switch SWT is connected to the horizontal scanning circuit HSC and controlled by the horizontal scanning circuit HSC.

例えば、垂直走査回路VSCおよび水平走査回路HSCにより選択された画素PUから読み出された電気信号は、出力線OLおよび出力アンプAPを介して出力される。   For example, the electrical signal read from the pixel PU selected by the vertical scanning circuit VSC and the horizontal scanning circuit HSC is output via the output line OL and the output amplifier AP.

画素PUの構成は、例えば、図2または図3に示されるように、フォトダイオードPDと、トランジスタRST,TX,SEL,AMIとで構成される。これらのトランジスタRST,TX,SEL,AMIは、それぞれnチャネル型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)により形成される。このうち、トランジスタRSTはリセットトランジスタ(リセット用トランジスタ)であり、トランジスタTXは転送トランジスタ(転送用トランジスタ)であり、トランジスタSELは選択トランジスタ(選択用トランジスタ)であり、トランジスタAMIは増幅トランジスタ(増幅用トランジスタ)である。なお、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDにより生成された電荷を転送する転送用トランジスタである。また、これらのトランジスタの他に、他のトランジスタや容量素子などの素子が組み込まれることもある。また、これらのトランジスタの接続形態には種々の変形・応用形態がある。   The configuration of the pixel PU includes, for example, a photodiode PD and transistors RST, TX, SEL, and AMI as shown in FIG. 2 or FIG. These transistors RST, TX, SEL, and AMI are each formed of an n-channel type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor). Among these, the transistor RST is a reset transistor (reset transistor), the transistor TX is a transfer transistor (transfer transistor), the transistor SEL is a selection transistor (selection transistor), and the transistor AMI is an amplification transistor (amplification transistor). Transistor). The transfer transistor TX is a transfer transistor that transfers the charge generated by the photodiode PD. In addition to these transistors, other transistors and capacitors may be incorporated. Further, there are various modifications and application forms for the connection form of these transistors.

図2には、2つの画素PUの回路構成例が示されている。すなわち、図2には、フォトダイオードPD1を有する画素PUとフォトダイオードPD2を有する画素PUの合計2つの画素PUの回路構成例が示されている。   FIG. 2 shows a circuit configuration example of two pixels PU. That is, FIG. 2 shows a circuit configuration example of a total of two pixels PU, that is, the pixel PU having the photodiode PD1 and the pixel PU having the photodiode PD2.

なお、図2の場合、2つの画素PUで、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが共用されている場合の回路例が示されている。この場合、1つのフォトダイオードPDに対して1つの転送トランジスタTXが設けられるのに対して、2つのフォトダイオードPD(PD1,PD2)に対して、1組の増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが設けられる。フォトダイオードPD1に対して設けられた転送トランジスタTXが転送トランジスタTX1であり、フォトダイオードPD2に対して設けられた転送トランジスタTXが転送トランジスタTX2である。   In the case of FIG. 2, a circuit example in which the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are shared by two pixels PU is illustrated. In this case, one transfer transistor TX is provided for one photodiode PD, whereas one pair of amplification transistor AMI, selection transistor SEL, and reset is provided for two photodiodes PD (PD1, PD2). A transistor RST is provided. The transfer transistor TX provided for the photodiode PD1 is a transfer transistor TX1, and the transfer transistor TX provided for the photodiode PD2 is a transfer transistor TX2.

図2に示す回路例においては、接地電位(グランド電位)GNDとノードN1との間にフォトダイオードPD1と転送トランジスタTX1とが直列に接続され、また、接地電位(グランド電位)GNDとノードN1との間にフォトダイオードPD2と転送トランジスタTX2とが直列に接続されている。フォトダイオード(PD1,PD2)が接地電位GND側で、転送トランジスタ(TX1,TX2)がノードN1側である。そして、フォトダイオードPD1と転送トランジスタTX1との直列回路と、フォトダイオードPD2と転送トランジスタTX2との直列回路とが、接地電位(グランド電位)GNDとノードN1との間に並列に接続されている。すなわち、フォトダイオードPD1は転送トランジスタTX1を介して、フォトダイオードPD2は転送トランジスタTX2を介して、共通のフローティングディフュージョンFDに接続されている。フォトダイオードPDは、PN接合ダイオードであり、例えば、複数のn型またはp型の不純物拡散領域(半導体領域)により構成される。また、フローティングディフュージョンFDは、電荷蓄積部または浮遊拡散層としての機能を有しており、例えば、n型の不純物拡散領域(半導体領域)で構成される。   In the circuit example shown in FIG. 2, a photodiode PD1 and a transfer transistor TX1 are connected in series between a ground potential (ground potential) GND and a node N1, and a ground potential (ground potential) GND and a node N1 are connected to each other. A photodiode PD2 and a transfer transistor TX2 are connected in series. The photodiodes (PD1, PD2) are on the ground potential GND side, and the transfer transistors (TX1, TX2) are on the node N1 side. A series circuit of the photodiode PD1 and the transfer transistor TX1 and a series circuit of the photodiode PD2 and the transfer transistor TX2 are connected in parallel between the ground potential (ground potential) GND and the node N1. That is, the photodiode PD1 is connected to the common floating diffusion FD via the transfer transistor TX1, and the photodiode PD2 is connected to the common floating diffusion FD via the transfer transistor TX2. The photodiode PD is a PN junction diode and includes, for example, a plurality of n-type or p-type impurity diffusion regions (semiconductor regions). The floating diffusion FD has a function as a charge storage portion or a floating diffusion layer, and is constituted by, for example, an n-type impurity diffusion region (semiconductor region).

ノードN1と電源電位(電源電位線)VDDとの間にはリセットトランジスタRSTが接続されている。電源電位VDDと出力線(出力信号線)OLとの間には、選択トランジスタSELおよび増幅トランジスタAMIが直列に接続されている。この増幅トランジスタAMIのゲート電極はノードN1に接続されている。また、リセットトランジスタRSTのゲート電極はリセット線LRSTに接続されている。また、選択トランジスタSELのゲート電極は選択線SLと接続され、転送トランジスタTXのゲート電極は転送線(第2選択線)LTXと接続されている。但し、転送トランジスタTX1のゲート電極は、転送線LTX1と接続され、転送トランジスタTX2のゲート電極は、転送線LTX2と接続されている。   A reset transistor RST is connected between the node N1 and the power supply potential (power supply potential line) VDD. A selection transistor SEL and an amplification transistor AMI are connected in series between the power supply potential VDD and the output line (output signal line) OL. The gate electrode of the amplification transistor AMI is connected to the node N1. The gate electrode of the reset transistor RST is connected to the reset line LRST. The gate electrode of the selection transistor SEL is connected to the selection line SL, and the gate electrode of the transfer transistor TX is connected to the transfer line (second selection line) LTX. However, the gate electrode of the transfer transistor TX1 is connected to the transfer line LTX1, and the gate electrode of the transfer transistor TX2 is connected to the transfer line LTX2.

例えば、転送線LTX(LTX1,LTX2)およびリセット線LRSTを立ち上げ(ハイレベルとし)、転送トランジスタTX(TX1,TX2)およびリセットトランジスタRSTをオン状態とする。この結果、フォトダイオードPD(PD1,PD2)の電荷が抜かれて空乏化される。その後、転送トランジスタTX(TX1,TX2)をオフ状態とする。   For example, the transfer line LTX (LTX1, LTX2) and the reset line LRST are raised (set to high level), and the transfer transistor TX (TX1, TX2) and the reset transistor RST are turned on. As a result, the charge of the photodiode PD (PD1, PD2) is removed and depleted. Thereafter, the transfer transistor TX (TX1, TX2) is turned off.

この後、例えば、カメラなどの電子機器のメカニカルシャッターを開くと、シャッターが開いている間、フォトダイオードPD(PD1,PD2)において、入射光によって電荷が発生し、蓄積される。つまり、フォトダイオードPD(PD1,PD2)は、入射光を受光して電荷を生成する。   Thereafter, for example, when a mechanical shutter of an electronic device such as a camera is opened, charges are generated and accumulated by incident light in the photodiode PD (PD1, PD2) while the shutter is opened. That is, the photodiode PD (PD1, PD2) receives incident light and generates charges.

次いで、シャッターを閉じた後、リセット線LRSTを立ち下げ(ロウレベルとし)、リセットトランジスタRSTをオフ状態とする。さらに、選択線SLおよび転送線LTX1を立ち上げ(ハイレベルとし)、選択トランジスタSELおよび転送トランジスタTX1をオン状態とする。これにより、フォトダイオードPD1により生成された電荷が転送トランジスタTX1のノードN1側の端部(フローティングディフュージョンFD)に転送される。このとき、フローティングディフュージョンFDの電位は、フォトダイオードPD1から転送された電荷に応じた値に変化し、この値が、増幅トランジスタAMIにより増幅され出力線OLに表れる。この出力線OLの電位が、電気信号(受光信号)となり、列回路CLCおよびスイッチSWTを介して出力アンプAPから出力信号として読み出される。   Next, after closing the shutter, the reset line LRST is lowered (set to low level), and the reset transistor RST is turned off. Further, the selection line SL and the transfer line LTX1 are raised (set to high level), and the selection transistor SEL and the transfer transistor TX1 are turned on. Thereby, the charge generated by the photodiode PD1 is transferred to the end (floating diffusion FD) of the transfer transistor TX1 on the node N1 side. At this time, the potential of the floating diffusion FD changes to a value corresponding to the charge transferred from the photodiode PD1, and this value is amplified by the amplification transistor AMI and appears on the output line OL. The potential of the output line OL becomes an electric signal (light reception signal) and is read out as an output signal from the output amplifier AP via the column circuit CLC and the switch SWT.

また、転送線LTX1とタイミングをずらして転送線LTX2を立ち上げて(ハイレベルとして)転送トランジスタTX2をオン状態とすることにより、フォトダイオードPD2により生成された電荷が転送トランジスタTX2のノードN1側の端部(フローティングディフュージョンFD)に転送される。この場合も、フローティングディフュージョンFDの電位は、増幅トランジスタAMIにより増幅され出力線OLに表れ、この出力線OLの電位が、電気信号(受光信号)となり、列回路CLCおよびスイッチSWTを介して出力アンプAPから出力信号として読み出される。   Further, the transfer line LTX1 is shifted in timing and the transfer line LTX2 is raised (set to high level) to turn on the transfer transistor TX2, whereby the charge generated by the photodiode PD2 is transferred to the node N1 side of the transfer transistor TX2. Transferred to the end (floating diffusion FD). Also in this case, the potential of the floating diffusion FD is amplified by the amplification transistor AMI and appears on the output line OL. This potential of the output line OL becomes an electric signal (light reception signal), and is output via the column circuit CLC and the switch SWT. It is read out from the AP as an output signal.

図3は、図1に示される1つの画素PUの回路構成例が示されている。   FIG. 3 shows a circuit configuration example of one pixel PU shown in FIG.

上記図2の場合とは異なり、図3の場合は、1つのフォトダイオードPDに対して、1組の転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが設けられている。すなわち、上記図2の場合は、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、2つの画素PUで共用されていたが、図3の場合は、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、2つの画素PUで共用されているのではなく、1つの画素PU毎に設けられている。それ以外は、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとの接続関係と機能と動作については、図3の回路構成の場合も、上記図2の場合と基本的には同じであるので、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Unlike the case of FIG. 2, in the case of FIG. 3, one set of transfer transistor TX, amplification transistor AMI, selection transistor SEL, and reset transistor RST is provided for one photodiode PD. That is, in the case of FIG. 2, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are shared by the two pixels PU, but in the case of FIG. 3, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor. The RST is not shared by the two pixels PU but is provided for each pixel PU. Other than that, the connection relationship, function, and operation of the photodiode PD, the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are the same as in the case of the circuit configuration of FIG. Since they are the same, repeated description thereof is omitted here.

図4は、本実施の形態の半導体装置が形成される半導体ウエハおよびチップ領域を示す平面図である。図4に示すように、半導体ウエハWF(後述の半導体基板SBに相当する半導体ウエハ)は、複数のチップ領域CHPを有し、図1に示す画素領域1Aは、周辺回路領域2Aとともに1つのチップ領域CHPに形成される。上述したように、各チップ領域CHPの画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ状に配置されている。各チップ領域CHPの周辺回路領域2Aには、論理回路(ロジック回路)が配置されている。この論理回路は、例えば、画素領域1Aから出力される出力信号を演算し、この演算結果に基づき画像データが出力される。チップ領域CHPは、そこから1つの半導体チップが取得される領域であり、半導体ウエハWFにおける各チップ領域CHPは、それぞれ同じ構成(画素領域1Aおよび周辺回路領域2A)が形成される。半導体ウエハWFは、後でダイシングにより切断され、個片化された個々のチップ領域CHPが、半導体チップとなる。   FIG. 4 is a plan view showing a semiconductor wafer and a chip region on which the semiconductor device of the present embodiment is formed. As shown in FIG. 4, the semiconductor wafer WF (a semiconductor wafer corresponding to a semiconductor substrate SB described later) has a plurality of chip regions CHP, and the pixel region 1A shown in FIG. 1 has one chip together with the peripheral circuit region 2A. It is formed in region CHP. As described above, a plurality of pixels PU are arranged in an array in the pixel region 1A of each chip region CHP. A logic circuit (logic circuit) is arranged in the peripheral circuit region 2A of each chip region CHP. For example, the logic circuit calculates an output signal output from the pixel region 1A, and outputs image data based on the calculation result. The chip region CHP is a region from which one semiconductor chip is obtained, and each chip region CHP in the semiconductor wafer WF has the same configuration (pixel region 1A and peripheral circuit region 2A). The semiconductor wafer WF is later cut by dicing, and individual chip regions CHP that have been separated into individual chips become semiconductor chips.

<半導体装置の平面レイアウトについて>
図5〜図8は、本実施の形態の半導体装置の画素領域1Aの一部を示す平面図であり、図5〜図8には、同じ平面領域が示されている。また、図9は、図5の一部を拡大した部分拡大平面図である。また、図10〜図14は、本実施の形態の半導体装置の要部断面図である。
<About planar layout of semiconductor devices>
5 to 8 are plan views showing a part of the pixel region 1A of the semiconductor device according to the present embodiment. FIGS. 5 to 8 show the same planar region. FIG. 9 is a partially enlarged plan view in which a part of FIG. 5 is enlarged. 10 to 14 are main-portion cross-sectional views of the semiconductor device of the present embodiment.

なお、図5からゲート電極GT,GEを除いた図が図6に対応し、図6に対してp型半導体領域PRのレイアウトを加えたものが図7に対応し、図7から素子分離領域STを除いた図が図8に対応している。従って、図6と図8とを重ね合わせたものが、図7に相当する。また、図5〜図9は、平面図であるが、図面を見やすくするために、図5および図9では、フォトダイオードPDとゲート電極GT,GEと素子分離領域STとに斜線のハッチングを付し、図6では、フォトダイオードPDと素子分離領域STとに斜線のハッチングを付してある。また、図7では、フォトダイオードPDと素子分離領域STとに斜線のハッチングを付し、かつ、p型半導体領域PRにドットのハッチングを付し、図8では、フォトダイオードPDに斜線のハッチングを付し、かつ、p型半導体領域PRにドットのハッチングを付してある。すなわち、図7において、ドットのハッチング付された領域がp型半導体領域PRに対応しているが、p型半導体領域PRの一部は、素子分離領域STと平面視で重なっている。 5 corresponds to FIG. 6 except for the gate electrodes GT and GE. FIG. 6 includes a layout of the p + type semiconductor region PR corresponding to FIG. The figure excluding the region ST corresponds to FIG. Therefore, FIG. 7 is a combination of FIG. 6 and FIG. 5 to 9 are plan views. In order to make the drawings easy to see, in FIG. 5 and FIG. 9, the photodiode PD, the gate electrodes GT and GE, and the element isolation region ST are hatched. In FIG. 6, the photodiode PD and the element isolation region ST are hatched. In FIG. 7, the photodiode PD and the element isolation region ST are hatched with hatching, and the p + type semiconductor region PR is hatched with dot. In FIG. 8, the photodiode PD is hatched with hatching. In addition, the p + type semiconductor region PR is hatched with dots. That is, in FIG. 7, but hatched marked area of the dot corresponds to the p + -type semiconductor region PR, a part of the p + -type semiconductor region PR overlaps the element isolation region ST in plan view.

また、図10〜図14のうち、図10〜図13は、画素領域1A(図4参照)の要部断面図であり、図14は、周辺回路領域2A(上記図4参照)の要部断面図である。図5および図6のA−A線の断面図が、図10にほぼ対応し、図5および図6のB−B線の断面図が、図11にほぼ対応し、図5および図6のC−C線の断面図が、図12にほぼ対応し、図5および図6のD−D線の断面図が、図13にほぼ対応している。   10 to 14 are cross-sectional views of main parts of the pixel region 1A (see FIG. 4), and FIG. 14 is a main part of the peripheral circuit region 2A (see FIG. 4). It is sectional drawing. 5 and 6 substantially corresponds to FIG. 10, and the sectional view taken along line BB of FIGS. 5 and 6 substantially corresponds to FIG. A cross-sectional view taken along a line CC substantially corresponds to FIG. 12, and cross-sectional views taken along a line DD in FIGS. 5 and 6 substantially correspond to FIG.

なお、「平面視」または「平面的に見て」などというときは、半導体装置を構成する半導体基板(後述の半導体基板SBに対応)の主面に平行な平面で見た場合をいうものとする。   Note that “plan view” or “view in plan” refers to a case where the semiconductor device is viewed in a plane parallel to a main surface of a semiconductor substrate (corresponding to a semiconductor substrate SB described later) constituting the semiconductor device. To do.

まず、図5〜図9を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の画素領域1Aの平面レイアウトについて説明する。   First, the planar layout of the pixel region 1A of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

上述したように、画素領域1Aには、複数の画素PUがアレイ(行列)状に配置されており、具体的には、X方向およびY方向にアレイ状に配置されている。ここで、X方向およびY方向は、互いに交差する方向であり、好ましくは互いに直交する方向であり、図5〜図9に示されている。なお、X方向およびY方向は、後述の半導体基板SBの主面に平行な方向でもある。   As described above, in the pixel region 1A, the plurality of pixels PU are arranged in an array (matrix), and specifically, are arranged in an array in the X direction and the Y direction. Here, the X direction and the Y direction are directions intersecting each other, preferably directions orthogonal to each other, and are shown in FIGS. Note that the X direction and the Y direction are also directions parallel to a main surface of a semiconductor substrate SB described later.

上記図2や図3を参照して説明したように、各画素PUは、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとを有している。このため、図5〜図9に示されるように、画素領域1Aには、複数のフォトダイオードPDがアレイ(行列)状に配置されており、具体的には、X方向およびY方向にアレイ状に配置されている。画素領域1Aにおいて、X方向およびY方向にアレイ状に配列する複数のフォトダイオードPDは、互いに離間されている。   As described with reference to FIG. 2 and FIG. 3, each pixel PU includes the photodiode PD and the transfer transistor TX. For this reason, as shown in FIGS. 5 to 9, a plurality of photodiodes PD are arranged in an array (matrix) in the pixel region 1 </ b> A. Specifically, the pixel regions 1 </ b> A are arrayed in the X and Y directions. Is arranged. In the pixel region 1A, the plurality of photodiodes PD arranged in an array in the X direction and the Y direction are separated from each other.

本実施の形態では、転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、いずれも、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に配置されており、これは、上記図2の回路構成の場合でも、上記図3の回路構成の場合でも、共通である。X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTのいずれも配置されていない。なお、図5には、上記図2の回路構成の場合のレイアウト例が示されている。   In the present embodiment, the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are all disposed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. The circuit configuration and the circuit configuration shown in FIG. 3 are the same. None of the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST is arranged between the photodiodes PD adjacent in the X direction. FIG. 5 shows a layout example in the case of the circuit configuration of FIG.

具体的には、平面視において、フォトダイオードPDのY方向の両端部のうちの一方の端部側に転送トランジスタTXが配置されている。転送トランジスタTXのゲート電極GTはフォトダイオードPDの端部(端辺)に沿うようにX方向に延在しており、ゲート電極GTのゲート長方向は、Y方向であり、ゲート電極GTのゲート幅方向は、X方向である。このため、平面視において、転送トランジスタTXのゲート電極GTの両側(ゲート長方向であるY方向の両側)のうちの一方には、フォトダイオードPDが配置され、他方には、フローティングディフュージョンFDが配置されている。   Specifically, the transfer transistor TX is arranged on one end side of both ends in the Y direction of the photodiode PD in plan view. The gate electrode GT of the transfer transistor TX extends in the X direction along the end (end side) of the photodiode PD, the gate length direction of the gate electrode GT is the Y direction, and the gate of the gate electrode GT The width direction is the X direction. Therefore, in a plan view, the photodiode PD is disposed on one of both sides of the gate electrode GT of the transfer transistor TX (both sides in the Y direction which is the gate length direction), and the floating diffusion FD is disposed on the other side. Has been.

そして、2つの転送トランジスタTX(上記図2の転送トランジスタTX1と転送トランジスタTX2に対応)が、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に、フローティングディフュージョンFDを共有して配置されている。   Two transfer transistors TX (corresponding to the transfer transistor TX1 and the transfer transistor TX2 in FIG. 2) are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction so as to share the floating diffusion FD.

また、2つの転送トランジスタTXを介してY方向に隣り合うフォトダイオードPDの間において、フローティングディフュージョンFDのX方向の隣の位置に、リセットトランジスタRSTが配置されている。このリセットトランジスタRSTは、X方向に延在する転送トランジスタTXのゲート電極GTによってY方向に挟まれている。   Further, a reset transistor RST is arranged at a position adjacent to the floating diffusion FD in the X direction between the photodiodes PD adjacent in the Y direction via the two transfer transistors TX. The reset transistor RST is sandwiched in the Y direction by the gate electrode GT of the transfer transistor TX extending in the X direction.

また、平面視において、フォトダイオードPDのY方向の両端部のうち、転送トランジスタTXが配置されている側とは反対側の端部側に、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが配置されている。このため、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとは、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に配置されている。   Further, in plan view, the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL are disposed on the opposite end side of the photodiode PD in the Y direction to the side on which the transfer transistor TX is disposed. . For this reason, the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL are disposed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction.

このため、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間の領域においては、2つの転送トランジスタTXと1つのリセットトランジスタRSTとが配置されているか、あるいは、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが配置されていることになる。すなわち、Y方向にフォトダイオードPDが並んだ列において、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に2つの転送トランジスタTXとリセットトランジスタRSTとが配置されている箇所と、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが配置されている箇所とが、Y方向に交互に並んでいる。   Therefore, in the region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, two transfer transistors TX and one reset transistor RST are arranged, or an amplification transistor AMI and a selection transistor SEL are arranged. Will be. That is, in the column in which the photodiodes PD are arranged in the Y direction, a location where the two transfer transistors TX and the reset transistor RST are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, the amplification transistor AMI, and the selection transistor SEL. Are arranged alternately in the Y direction.

そして、X方向に見ると、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に2つの転送トランジスタTXと1つのリセットトランジスタRSTとが配置されている箇所が、X方向に並んでいる。また、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが配置されている箇所が、X方向に並んでいる。   When viewed in the X direction, portions where two transfer transistors TX and one reset transistor RST are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction are arranged in the X direction. In addition, portions where the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction are arranged in the X direction.

一方、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTのいずれも配置されていない。このため、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、トランジスタ(MISFET)は配置されていない。   On the other hand, none of the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST is arranged between the photodiodes PD adjacent in the X direction. For this reason, no transistor (MISFET) is arranged between the photodiodes PD adjacent in the X direction.

このように、本実施の形態では、転送トランジスタTXと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとを、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間の領域とX方向に隣り合うフォトダイオードPDの間の領域とに分けて配置するのではなく、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間の領域にのみ配置するようにしている。   As described above, in this embodiment, the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are connected to the region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction and the photodiode PD adjacent in the X direction. Rather than being arranged separately from the area between them, it is arranged only in the area between the photodiodes PD adjacent in the Y direction.

このため、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pよりも、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pの方が大きい(P>P)ことが好ましい。言い換えると、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pよりも、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pの方が小さい(P>P)ことが好ましい。間隔P,Pは図5に示されている。X方向の間隔PよりもY方向の間隔Pを大きく(P>P)したことにより、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを配置しやすくなるとともに、Y方向の間隔PよりもX方向の間隔Pを小さく(P>P)したことにより、画素領域1Aに配置できる画素PUの数を増大させることができる。また、画素PUの数が同じ場合には、画素領域1Aの面積を縮小することができるため、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。 For this reason, it is preferable that the interval P 2 between the photodiodes PD adjacent in the Y direction is larger than the interval P 1 between the photodiodes PD adjacent in the X direction (P 2 > P 1 ). In other words, it is preferable that the interval P 1 between the photodiodes PD adjacent in the X direction is smaller than the interval P 2 between the photodiodes PD adjacent in the Y direction (P 2 > P 1 ). The intervals P 1 and P 2 are shown in FIG. Since the interval P 2 in the Y direction is larger than the interval P 1 in the X direction (P 2 > P 1 ), it becomes easier to arrange the transistors between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, and the interval in the Y direction. by having a smaller distance P 1 in the X direction (P 2> P 1) than P 2, it is possible to increase the number of pixels PU that can be placed in the pixel region 1A. When the number of pixels PU is the same, the area of the pixel region 1A can be reduced, so that the semiconductor device can be reduced in size (reduced area).

なお、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pは、X方向に隣り合う後述のn型半導体領域NWの間隔に対応し、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pは、Y方向に隣り合う後述のn型半導体領域NWの間隔に対応している。 The distance P 1 of the photodiode PD adjacent in the X direction corresponds to the spacing of the n-type semiconductor region NW below adjacent in the X direction, the interval P 2 of the photodiode PD adjacent in the Y direction, Y-direction Corresponds to the interval between the n-type semiconductor regions NW, which will be described later.

一例を挙げれば、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pは、例えば0.5〜0.9μm程度とすることができ、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pは、例えば0.9〜1.6μm程度とすることができる。 In one example, the interval P 1 of the photodiode PD adjacent in the X direction, for example, can be about 0.5~0.9Myuemu, spacing P 2 of the photodiode PD adjacent in the Y direction, for example, 0 It can be set to about 9 to 1.6 μm.

また、本実施の形態では、平面視において、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、絶縁体(絶縁膜)からなる素子分離領域STが形成されている。一方、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、絶縁体(絶縁膜)からなる素子分離領域STは形成されていない。   In the present embodiment, an element isolation region ST made of an insulator (insulating film) is formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction in plan view. On the other hand, no element isolation region ST made of an insulator (insulating film) is formed between the photodiodes PD adjacent in the X direction.

平面視において、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に素子分離領域STが形成されているのは、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)を形成するが、そのトランジスタは、素子分離領域STで規定された活性領域に形成する必要があるためである。このため、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、素子分離領域STと、素子分離領域STで規定された(囲まれた)活性領域ACとが配置されており、その活性領域ACにトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)が形成されている。具体的には、平面視において、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間を、素子分離領域STがX方向に延在しており、その素子分離領域STに、トランジスタ形成用の活性領域(AC)が形成されている。   In the plan view, the element isolation region ST is formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction because the transistors (TX, AMI, SEL, RST) are formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. However, this is because the transistor needs to be formed in the active region defined by the element isolation region ST. Therefore, an element isolation region ST and an active region AC defined (enclosed) by the element isolation region ST are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. Transistors (TX, AMI, SEL, RST) are formed. Specifically, in plan view, an element isolation region ST extends in the X direction between photodiodes PD adjacent in the Y direction, and an active region (AC for transistor formation) is formed in the element isolation region ST. ) Is formed.

すなわち、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間において、素子分離領域STで規定された活性領域AC上に、トランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)を構成するゲート電極(GT,GE)が配置され、活性領域ACにおけるゲート電極(GT,GE)の両側にソース・ドレイン領域(ソースまたはドレイン用の半導体領域)が形成されている。このため、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとは、それぞれ、活性領域AC上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極GEと、活性領域に形成されたソース・ドレイン領域とにより形成されている。なお、フォトダイオードPDとフローティングディフュージョンFDも、活性領域ACに形成されている。   That is, between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, the gate electrodes (GT, GE) constituting the transistors (TX, AMI, SEL, RST) are arranged on the active region AC defined by the element isolation region ST. Then, source / drain regions (semiconductor regions for source or drain) are formed on both sides of the gate electrode (GT, GE) in the active region AC. Therefore, each of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST includes a gate electrode GE formed on the active region AC via a gate insulating film, and a source / drain region formed in the active region. Is formed. Note that the photodiode PD and the floating diffusion FD are also formed in the active region AC.

また、上記図2や図3の回路図からも分かるように、増幅トランジスタAMIのソースとドレインの一方と、選択トランジスタSELのソースとドレインの一方とは電気的に接続される。このため、素子分離領域STに周囲を囲まれた1つの活性領域(AC)に増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとを形成することができ、その場合、増幅トランジスタAMIのソース・ドレイン領域の一方と、選択トランジスタSELのソース・ドレイン領域の一方とは、共通の半導体領域により構成することができる。一方、リセットトランジスタRSTが形成されている活性領域(AC)には、他のトランジスタは形成されていない。   As can be seen from the circuit diagrams of FIGS. 2 and 3, one of the source and drain of the amplification transistor AMI and one of the source and drain of the selection transistor SEL are electrically connected. Therefore, the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL can be formed in one active region (AC) surrounded by the element isolation region ST. In this case, one of the source / drain regions of the amplification transistor AMI The one of the source / drain regions of the selection transistor SEL can be constituted by a common semiconductor region. On the other hand, no other transistor is formed in the active region (AC) where the reset transistor RST is formed.

なお、図5および図9には、転送トランジスタTXのゲート電極を符号GTを付してゲート電極GTとして示し、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとの各ゲート電極を、符号GEを付してゲート電極GEとして示してある。図5および図9では、ゲート電極GEのゲート長方向はX方向であり、ゲート電極GEのゲート幅方向はY方向である。   In FIGS. 5 and 9, the gate electrode of the transfer transistor TX is shown as a gate electrode GT with reference symbol GT, and the gate electrodes of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are indicated by reference symbol GE. It is shown as a gate electrode GE. 5 and 9, the gate length direction of the gate electrode GE is the X direction, and the gate width direction of the gate electrode GE is the Y direction.

X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に素子分離領域STを形成することも可能であるが、本実施の形態では、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には、素子分離領域STが形成されていないことが好ましい。   Although it is possible to form the element isolation region ST between the photodiodes PD adjacent in the X direction, in the present embodiment, the element isolation region ST is formed between the photodiodes PD adjacent in the X direction. Preferably not.

X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に素子分離領域STを形成しないことは、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを形成しないことで可能になる。すなわち、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを形成する場合は、そのトランジスタを形成するための活性領域を規定する素子分離領域STを、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に形成する必要がある。しかしながら、本実施の形態では、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを形成していないため、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に素子分離領域STを形成しなくともよくなる。   It is possible not to form the element isolation region ST between the photodiodes PD adjacent in the X direction by not forming a transistor between the photodiodes PD adjacent in the X direction. That is, when a transistor is formed between photodiodes PD adjacent in the X direction, an element isolation region ST that defines an active region for forming the transistor is formed between photodiodes PD adjacent in the X direction. There is a need to. However, in the present embodiment, no transistor is formed between the photodiodes PD adjacent in the X direction, so that it is not necessary to form the element isolation region ST between the photodiodes PD adjacent in the X direction.

そして、本実施の形態では、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを配置しないだけでなく、素子分離領域STも形成しないことで、次のような利点を得られる。   In the present embodiment, not only the transistor is not disposed between the photodiodes PD adjacent in the X direction but also the element isolation region ST is not formed, thereby obtaining the following advantages.

すなわち、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にトランジスタを配置しないだけでなく、素子分離領域STも形成しないことで、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pを小さくすることができる。このため、画素領域1Aに配置できる画素PUの数を更に増大させることができる。また、画素PUの数が同じ場合には、画素領域1Aの面積を更に縮小することができるため、半導体装置の更なる小型化(小面積化)を図ることができる。 That is, not only to place the transistors between the photodiode PD adjacent in the X direction, by not also form the element isolation region ST, it is possible to reduce the distance P 1 of the photodiode PD adjacent in the X direction. For this reason, the number of pixels PU that can be arranged in the pixel region 1A can be further increased. Further, when the number of pixels PU is the same, the area of the pixel region 1A can be further reduced, so that the semiconductor device can be further reduced in size (area reduction).

また、素子分離領域STは、好ましくはSTI(Shallow Trench Isolation)法により形成することができるが、素子分離領域STに隣接する基板領域において応力や結晶欠陥を発生させる原因となりやすい。フォトダイオードPDの近くに素子分離領域STが存在し、その素子分離領域STに起因して応力や結晶欠陥が発生すると、ノイズの原因となり得る。それに対して、本実施の形態では、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には素子分離領域STを設けないことで、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間にも素子分離領域STを設けた場合に比べて、平面視でフォトダイオードPDに隣り合う位置に存在する素子分離領域STの量を減らすことができる。このため、素子分離領域STに起因した応力や結晶欠陥の影響を抑制することができ、ノイズの発生を抑制することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができる。   The element isolation region ST can be preferably formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method, but it tends to cause stress and crystal defects in the substrate region adjacent to the element isolation region ST. If the element isolation region ST exists near the photodiode PD and stress or crystal defects are generated due to the element isolation region ST, noise may be caused. In contrast, in the present embodiment, the element isolation region ST is not provided between the photodiodes PD adjacent in the X direction, so that the element isolation region ST is also provided between the photodiodes PD adjacent in the X direction. Compared to the case where the device isolation region ST is present, the amount of the element isolation region ST existing at a position adjacent to the photodiode PD in plan view can be reduced. For this reason, the influence of the stress and crystal defect resulting from the element isolation region ST can be suppressed, and the generation of noise can be suppressed. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved.

また、本実施の形態では、図7および図8に示されるように、画素領域1Aにおいて、アレイ状に配列された複数のフォトダイオードPDのそれぞれを平面視で囲むようにp型半導体領域PRが設けられている。図7および図8において、ドットのハッチングが付された領域が、p型半導体領域PRが形成されている領域に対応している。図7および図8からも分かるように、各フォトダイオードPDは、平面視でp型半導体領域PRによって囲まれている。p型半導体領域PRは、X方向またはY方向に隣り合うフォトダイオードPD同士を電気的に分離するために設けられている。 Further, in the present embodiment, as shown in FIGS. 7 and 8, in the pixel region 1A, the p + type semiconductor region PR so as to surround each of the plurality of photodiodes PD arranged in an array in a plan view. Is provided. 7 and 8, the hatched region of the dot corresponds to the region where the p + type semiconductor region PR is formed. As can be seen from FIGS. 7 and 8, each photodiode PD is surrounded by the p + type semiconductor region PR in plan view. The p + type semiconductor region PR is provided to electrically isolate the photodiodes PD adjacent in the X direction or the Y direction.

具体的には、p型半導体領域PRは、平面視で格子状に形成されており、その格子の内側にフォトダイオードPDが配置されている。すなわち、p型半導体領域PRは、平面視において、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間をY方向に延在する部分と、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間をX方向に延在する部分とを有しており、それらが一体的につながって、p型半導体領域PRが構成されている。上述のようにY方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には素子分離領域STも形成されているため、p型半導体領域PRの一部は、素子分離領域STと平面視で重なっている。すなわち、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間においては、素子分離領域STの下をp型半導体領域PRがX方向に延在している。 Specifically, the p + type semiconductor region PR is formed in a lattice shape in plan view, and the photodiode PD is disposed inside the lattice. That is, the p + type semiconductor region PR extends in the X direction between a portion extending between the photodiodes PD adjacent in the X direction in the Y direction and between the photodiode PD adjacent in the Y direction in plan view. The p + type semiconductor region PR is configured by connecting them together. Since the element isolation region ST is also formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction as described above, a part of the p + type semiconductor region PR overlaps the element isolation region ST in plan view. That is, between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, the p + type semiconductor region PR extends in the X direction under the element isolation region ST.

型半導体領域PRは、X方向またはY方向に隣り合う画素PU間の信号(電荷)の漏れ(リーク電流)を抑制または防止するように機能することができる。このため、各フォトダイオードPDが平面視でp型半導体領域PRによって囲まれるようにp型半導体領域PRを形成しておくことが好ましく、これにより、X方向またはY方向に隣り合う画素PU(フォトダイオードPD)間の信号(電荷)の漏れ(リーク電流)を、より的確に抑制または防止できるようになる。 The p + type semiconductor region PR can function to suppress or prevent signal (charge) leakage (leakage current) between pixels PU adjacent in the X direction or the Y direction. For this reason, it is preferable to form the p + -type semiconductor region PR so that each photodiode PD is surrounded by the p + -type semiconductor region PR in plan view, whereby the pixel PU adjacent in the X direction or the Y direction is formed. Signal (charge) leakage (leakage current) between (photodiode PD) can be suppressed or prevented more accurately.

Y方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、X方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wよりも小さい(W<W)ことが好ましい。言換えると、X方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、Y方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wよりも大きい(W<W)ことが好ましい。なお、Y方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、Y方向に延在するp型半導体領域PRのX方向の寸法(幅)に対応し、図8に示されている。また、X方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、X方向に延在するp型半導体領域PRのY方向の寸法(幅)に対応し、図8に示されている。幅Wを幅Wよりも小さく(W<W)するのは、上述のように、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pよりも、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pの方が小さい(P<P)ためである。 The width W 2 of the p + type semiconductor region PR extending in the Y direction is preferably smaller than the width W 3 of the p + type semiconductor region PR extending in the X direction (W 2 <W 3 ). In other words, the width W 3 of the p + type semiconductor region PR extending in the X direction may be larger than the width W 2 of the p + type semiconductor region PR extending in the Y direction (W 2 <W 3 ). preferable. The width W 2 of the p + -type semiconductor region PR extending in the Y direction corresponds to the X dimension of the p + -type semiconductor region PR extending in the Y direction (width), shown in Figure 8 Yes. The width W 3 of the p + -type semiconductor region PR extending in the X direction corresponds to the Y direction dimension of the p + -type semiconductor region PR extending in the X direction (width), shown in Figure 8 Yes. The width W 2 is made smaller than the width W 3 (W 2 <W 3 ), as described above, between the photodiodes PD adjacent in the X direction rather than the interval P 2 between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. Write interval P 1 is less (P 1 <P 2) in order.

一例を挙げれば、Y方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、例えば0.6〜1.2μm程度とすることができ、X方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、例えば0.3〜0.6μm程度とすることができる。 As an example, the width W 3 of the p + type semiconductor region PR extending in the Y direction can be set to, for example, about 0.6 to 1.2 μm, and the p + type semiconductor region PR extending in the X direction. the width W 2 of the may be, for example 0.3~0.6μm about.

ここで図5〜図9を参照して説明した画素領域1Aの平面レイアウトは、好ましい態様について説明したものであり、画素PUの回路構成については変更可能であり、また、画素PUを構成するトランジスタのレイアウトについても変更可能である。しかしながら、画素PUの回路構成や画素PUを構成するトランジスタのレイアウトについて変更する場合でも、図5〜図9を参照して説明したような技術思想を踏襲することが望ましい。例えば、図5は、上記図2の回路構成に従った場合の画素トランジスタ(TX,RST,SEL,AMI)のレイアウトの好適な例が示されているが、上記図3の回路構成に従う場合は、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間に配置する画素トランジスタの数が、図5および図9の場合よりも増加することになる。   Here, the planar layout of the pixel region 1A described with reference to FIGS. 5 to 9 describes a preferred embodiment, the circuit configuration of the pixel PU can be changed, and the transistors configuring the pixel PU The layout can be changed. However, even when the circuit configuration of the pixel PU and the layout of the transistors constituting the pixel PU are changed, it is desirable to follow the technical idea described with reference to FIGS. For example, FIG. 5 shows a preferred example of the layout of the pixel transistors (TX, RST, SEL, AMI) in the case of following the circuit configuration of FIG. 2, but in the case of following the circuit configuration of FIG. , The number of pixel transistors arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction is larger than in the case of FIGS.

<半導体装置の構造>
次に、図5〜図9の平面図と図10〜図14の断面図を参照しながら、本実施の形態の半導体装置の構造(断面構造)について説明する。
<Structure of semiconductor device>
Next, the structure (cross-sectional structure) of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to the plan views of FIGS. 5 to 9 and the cross-sectional views of FIGS.

まず、画素領域1Aにおける構造(断面構造)について説明する。   First, the structure (cross-sectional structure) in the pixel region 1A will be described.

本実施の形態の半導体装置を構成する半導体基板SBには、画素領域1Aにおいて、図10〜図12に示されるように、フォトダイオードPDと転送トランジスタTXとが形成されている。フォトダイオードPDは、半導体基板SBに形成されたp型ウエルPW1、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域HPからなる。 On the semiconductor substrate SB constituting the semiconductor device of the present embodiment, a photodiode PD and a transfer transistor TX are formed in the pixel region 1A as shown in FIGS. The photodiode PD includes a p-type well PW1, an n-type semiconductor region NW, and a p + -type semiconductor region HP formed in the semiconductor substrate SB.

半導体基板SBは、例えば、p型の不純物が導入されたp型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)SB1と、基板本体SB1の主面上に形成された、例えばn型の単結晶シリコンからなる半導体層(エピタキシャル層、エピタキシャル半導体層)EPと、を有している。半導体層EPは、エピタキシャル層(エピタキシャル半導体層)であり、基板本体SB1の主面上にエピタキシャル成長により形成されている。このため、半導体基板SBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。他の形態として、基板本体SB1をp型ではなく、n型とすることもできる。また、更に他の形態として、半導体基板SBを、エピタキシャルウエハではなく、n型の不純物が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)とすることもできる。 The semiconductor substrate SB is formed on the main surface of the substrate body (semiconductor substrate, semiconductor wafer) SB1 made of, for example, p-type single crystal silicon into which p-type impurities are introduced, and the substrate body SB1, for example, n A semiconductor layer (epitaxial layer, epitaxial semiconductor layer) EP made of -type single crystal silicon. The semiconductor layer EP is an epitaxial layer (epitaxial semiconductor layer), and is formed on the main surface of the substrate body SB1 by epitaxial growth. For this reason, the semiconductor substrate SB is a so-called epitaxial wafer. As another form, the substrate body SB1 may be n-type instead of p-type. As yet another form, the semiconductor substrate SB can be a semiconductor substrate (semiconductor wafer) made of n-type single crystal silicon into which an n-type impurity is introduced, instead of an epitaxial wafer.

p型ウエル(p型半導体領域)PW1は、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって形成されている。p型ウエルPW1は、フォトダイオードPDが形成されている領域と、転送トランジスタTXが形成されている領域とにわたって形成されている。p型ウエルPW1は、ホウ素(B)などのp型不純物が導入されたp型の半導体領域である。   The p-type well (p-type semiconductor region) PW1 is formed from the main surface of the semiconductor substrate SB to a predetermined depth. The p-type well PW1 is formed over a region where the photodiode PD is formed and a region where the transfer transistor TX is formed. The p-type well PW1 is a p-type semiconductor region into which a p-type impurity such as boron (B) is introduced.

図10〜図12に示されるように、半導体基板SBにおいて、p型ウエルPW1に内包されるように、n型半導体領域NWが形成されている。n型半導体領域NWは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が導入されたn型の半導体領域である。n型半導体領域NWの平面形状は、略矩形である。   As shown in FIGS. 10 to 12, in the semiconductor substrate SB, an n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the p-type well PW1. The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region into which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is introduced. The planar shape of the n-type semiconductor region NW is substantially rectangular.

n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であるが、転送トランジスタTXのソース領域もn型半導体領域NWにより形成される。すなわち、n型半導体領域NWは、主として、フォトダイオードPDが形成されている領域に形成されているが、n型半導体領域NWの一部は、転送トランジスタTXのゲート電極GTと平面的に(平面視で)重なるような位置に、形成されている。n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成されている。なお、上記図5〜図9の平面図にフォトダイオードPDとして示した領域は、n型半導体領域NWが形成されている領域に対応している。   The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region for forming the photodiode PD, but the source region of the transfer transistor TX is also formed by the n-type semiconductor region NW. That is, the n-type semiconductor region NW is mainly formed in a region where the photodiode PD is formed, but a part of the n-type semiconductor region NW is planarly (planar) with the gate electrode GT of the transfer transistor TX. It is formed in the position where it overlaps (by visual observation). The depth of the n-type semiconductor region NW (bottom surface) is shallower than the depth of the p-type well PW1 (bottom surface), and the n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the p-type well PW1. The region shown as the photodiode PD in the plan views of FIGS. 5 to 9 corresponds to the region where the n-type semiconductor region NW is formed.

n型半導体領域NWの表面の一部には、p型半導体領域HPが形成されている。p型半導体領域HPは、ホウ素(B)などのp型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域HPの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。このため、p型半導体領域HPの導電率(電気伝導率)は、p型ウエルPW1の導電率(電気伝導率)よりも高い。 A p + type semiconductor region HP is formed on a part of the surface of the n type semiconductor region NW. p + -type semiconductor region HP is boron (B) is a p + -type semiconductor region p-type impurity is introduced at a high concentration (doping), such as the impurity concentration (p-type impurity concentration of the p + -type semiconductor region HP ) Is higher than the impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p-type well PW1. For this reason, the conductivity (electric conductivity) of the p + type semiconductor region HP is higher than the conductivity (electric conductivity) of the p type well PW1.

型半導体領域HP(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅い。p型半導体領域HPは、主として、n型半導体領域NWの表層部分(表面部分)に形成される。このため、半導体基板SBの厚さ方向に見ると、最上層のp型半導体領域HPの下にn型半導体領域NWが存在し、n型半導体領域NWの下にp型ウエルPW1が存在する状態となる。 The depth of the p + type semiconductor region HP (the bottom surface thereof) is shallower than the depth of the n type semiconductor region NW (the bottom surface thereof). The p + type semiconductor region HP is mainly formed in the surface layer portion (surface portion) of the n type semiconductor region NW. Therefore, when viewed in the thickness direction of the semiconductor substrate SB, the n-type semiconductor region NW exists under the uppermost p + -type semiconductor region HP, and the p-type well PW1 exists under the n-type semiconductor region NW. It becomes a state.

また、n型半導体領域NWが形成されていない領域において、p型半導体領域HPの一部はp型ウエルPW1に接している。すなわち、p型半導体領域HPは、直下にn型半導体領域NWが存在してそのn型半導体領域NWに接する部分と、直下にp型ウエルPW1が存在してそのp型ウエルPW1に接する部分とを有している。 In the region where the n-type semiconductor region NW is not formed, a part of the p + -type semiconductor region HP is in contact with the p-type well PW1. That is, the p + type semiconductor region HP is a portion where the n-type semiconductor region NW exists immediately below and contacts the n-type semiconductor region NW, and a portion where the p-type well PW1 exists immediately below and contacts the p-type well PW1. And have.

p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。また、p型半導体領域HPとn型半導体領域NWとの間には、PN接合が形成される。p型ウエルPW1(p型半導体領域)とn型半導体領域NWとp型半導体領域HPとによって、フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDが形成される。 A PN junction is formed between the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW. Further, a PN junction is formed between the p + type semiconductor region HP and the n type semiconductor region NW. A photodiode (PN junction diode) PD is formed by the p-type well PW1 (p-type semiconductor region), the n-type semiconductor region NW, and the p + -type semiconductor region HP.

フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDは、主として、n型半導体領域NWとp型ウエルPW1とによって(すなわちn型半導体領域NWとp型ウエルPW1とのPN接合によって)、形成される。   The photodiode (PN junction diode) PD is mainly formed by the n-type semiconductor region NW and the p-type well PW1 (that is, by a PN junction between the n-type semiconductor region NW and the p-type well PW1).

型半導体領域HPは、半導体基板SBの表面に多数形成されている界面準位に基づく電子の発生を抑制する目的で形成される領域である。すなわち、半導体基板SBの表面領域では、界面準位の影響により、光が照射されていない状態でも電子が発生し、暗電流の増加を引き起こす場合がある。このため、電子を多数キャリアとするn型半導体領域NWの表面に、正孔(ホール)を多数キャリアとするp型半導体領域HPを形成することにより、光が照射されていない状態での電子の発生を抑制し、暗電流の増加を抑制することができる。従って、p型半導体領域HPは、フォトダイオード最表面から湧き出る電子をそのp型半導体領域HPのホールと再結合させて、暗電流を低下させる役割がある。 The p + type semiconductor region HP is a region formed for the purpose of suppressing the generation of electrons based on the interface states that are formed in large numbers on the surface of the semiconductor substrate SB. That is, in the surface region of the semiconductor substrate SB, electrons are generated due to the influence of the interface state, which may cause an increase in dark current even when light is not irradiated. Therefore, by forming a p + type semiconductor region HP having holes as majority carriers on the surface of the n-type semiconductor region NW having electrons as majority carriers, electrons in a state where no light is irradiated. Can be suppressed, and an increase in dark current can be suppressed. Therefore, the p + type semiconductor region HP has a role of reducing the dark current by recombining electrons springing from the outermost surface of the photodiode with holes of the p + type semiconductor region HP.

フォトダイオードPDは、受光素子である。また、フォトダイオードPDは、光電変換素子とみなすこともできる。フォトダイオードPDは、入力された光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する機能を有し、転送トランジスタTXは、フォトダイオードPDで蓄積された電荷をフォトダイオードPDから転送する際のスイッチとしての役割を有している。   The photodiode PD is a light receiving element. The photodiode PD can also be regarded as a photoelectric conversion element. The photodiode PD has a function of photoelectrically converting input light to generate charges and storing the generated charges, and the transfer transistor TX transfers the charges accumulated in the photodiode PD from the photodiode PD. It has a role as a switch.

また、n型半導体領域NWの一部と平面視で重なるように、ゲート電極GTが形成されている。このゲート電極GTは、転送トランジスタTXのゲート電極であり、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GFを介して形成(配置)されている。ゲート電極GTの側壁上には、サイドウォールスペーサと称される側壁絶縁膜が形成されていてもよい。   Further, the gate electrode GT is formed so as to overlap a part of the n-type semiconductor region NW in plan view. The gate electrode GT is a gate electrode of the transfer transistor TX, and is formed (arranged) on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film GF. A sidewall insulating film called a sidewall spacer may be formed on the sidewall of the gate electrode GT.

半導体基板SBにおいて、ゲート電極GTの両側(ゲート長方向の両側)のうちの一方の側には、上記n型半導体領域NWが形成されており、他方の側には、n型半導体領域NRが形成されている。n型半導体領域NRは、リン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたn型半導体領域である。n型半導体領域NRは、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとしての半導体領域であり、転送トランジスタTXのドレイン領域でもある。n型半導体領域NRは、p型ウエルPW1内に形成され得るが、n型半導体領域NRの下には、p型半導体領域PR(X方向に延在する部分のp型半導体領域PR)が延在している。 In the semiconductor substrate SB, the n-type semiconductor region NW is formed on one side of both sides (both sides in the gate length direction) of the gate electrode GT, and the n-type semiconductor region NR is formed on the other side. Is formed. The n-type semiconductor region NR is an n + -type semiconductor region into which n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) are introduced (doped) at a high concentration. The n-type semiconductor region NR is a semiconductor region as a floating diffusion (floating diffusion layer) FD, and is also a drain region of the transfer transistor TX. The n-type semiconductor region NR can be formed in the p-type well PW1, but under the n-type semiconductor region NR, a p + -type semiconductor region PR (a portion of the p + -type semiconductor region PR extending in the X direction). Is extended.

n型半導体領域NRは、転送トランジスタTXのドレイン領域として機能するが、フローティングディフュージョン(浮遊拡散層)FDとみなすこともできる。また、n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDの構成要素であるが、転送トランジスタTXのソース用の半導体領域としても機能することができる。すなわち、転送トランジスタTXのソース領域は、n型半導体領域NWにより形成される。このため、n型半導体領域NWとゲート電極GTとは、ゲート電極GTの一部(ソース側)が、n型半導体領域NWの一部と平面視で重なるような位置関係となっていることが好ましい。n型半導体領域NWとn型半導体領域NRとは、転送トランジスタTXのチャネル形成領域(ゲート電極GTの直下の基板領域に対応)を挟んで互いに離間するように形成されている。なお、ゲート電極GTと転送トランジスタTXのチャネル形成領域との間には、ゲート絶縁膜GFが介在している。   The n-type semiconductor region NR functions as a drain region of the transfer transistor TX, but can also be regarded as a floating diffusion (floating diffusion layer) FD. The n-type semiconductor region NW is a constituent element of the photodiode PD, but can also function as a semiconductor region for the source of the transfer transistor TX. That is, the source region of the transfer transistor TX is formed by the n-type semiconductor region NW. Therefore, the n-type semiconductor region NW and the gate electrode GT are in a positional relationship such that a part (source side) of the gate electrode GT overlaps a part of the n-type semiconductor region NW in plan view. preferable. The n-type semiconductor region NW and the n-type semiconductor region NR are formed so as to be separated from each other with a channel formation region (corresponding to a substrate region immediately below the gate electrode GT) of the transfer transistor TX interposed therebetween. Note that a gate insulating film GF is interposed between the gate electrode GT and the channel formation region of the transfer transistor TX.

フォトダイオードPDの表面、すなわちn型半導体領域NWおよびp型半導体領域HPの表面には、キャップ絶縁膜CPが形成されている。このキャップ絶縁膜CPは、保護膜として機能することができ、半導体基板SBの表面特性、すなわち界面特性を良好に保つように機能することができる。また、キャップ絶縁膜CPは、反射防止膜としての機能を有する場合もある。キャップ絶縁膜CPの一部(端部)は、ゲート電極GT上に乗り上げることもできる。 A cap insulating film CP is formed on the surface of the photodiode PD, that is, on the surfaces of the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region HP. The cap insulating film CP can function as a protective film, and can function to keep the surface characteristics of the semiconductor substrate SB, that is, the interface characteristics good. In addition, the cap insulating film CP may have a function as an antireflection film. A part (end part) of the cap insulating film CP can run over the gate electrode GT.

また、半導体基板SBには、p型半導体領域PRが形成されている。p型半導体領域PRは、ホウ素(B)などのp型の不純物が高濃度で導入されたp型の半導体領域である。上記図7および図8に示されるように、平面視において、p型半導体領域PRは、X方向に隣り合うフォトダイオードPDの間をY方向に延在し、また、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間をX方向に延在している。このため、平面視において、p型ウエルPW1はp型半導体領域PRによって囲まれており、p型半導体領域PRで囲まれたp型ウエルPW1内に、n型半導体領域NWが形成されている。従って、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWは、平面視でp型半導体領域PRによって囲まれている。 A p + type semiconductor region PR is formed in the semiconductor substrate SB. The p + type semiconductor region PR is a p type semiconductor region into which a p type impurity such as boron (B) is introduced at a high concentration. As shown in FIGS. 7 and 8, in plan view, the p + type semiconductor region PR extends between the photodiodes PD adjacent in the X direction in the Y direction, and is adjacent to the photo diodes adjacent in the Y direction. It extends in the X direction between the diodes PD. Therefore, in plan view, the p-type well PW1 is surrounded by p + -type semiconductor region PR, the p + -type semiconductor region p-type well PW1 surrounded by PR, and n-type semiconductor region NW is formed Yes. Accordingly, the n-type semiconductor region NW constituting the photodiode PD is surrounded by the p + -type semiconductor region PR in plan view.

具体的には、p型半導体領域PRは、平面視で格子状に形成されており、その格子状のp型半導体領域PRによってp型ウエルPW1が区画されており、p型半導体領域PRによって区画されたp型ウエルPW1内にn型半導体領域NWが形成されている。すなわち、n型半導体領域NWは、p型半導体領域PRによって平面視で囲まれたp型ウエルPW1内に形成されている。 Specifically, the p + -type semiconductor region PR is formed in a lattice shape in plan view, p-type well PW1 are partitioned by the lattice-shaped p + -type semiconductor region PR, p + -type semiconductor region An n-type semiconductor region NW is formed in the p-type well PW1 partitioned by PR. That is, the n-type semiconductor region NW is formed in the p-type well PW1 surrounded by the p + -type semiconductor region PR in plan view.

型半導体領域PRは、n型半導体領域NWの底面(下面)よりもかなり深い位置まで形成されており、例えば2〜4μm程度の深さまで形成されている。すなわち、p型半導体領域PRの底面(下面)は、n型半導体領域NWの底面(下面)よりも深く、例えば半導体基板SBの表面から2〜4μm程度の深さ位置にある。 The p + type semiconductor region PR is formed to a position considerably deeper than the bottom surface (lower surface) of the n type semiconductor region NW, and is formed to a depth of about 2 to 4 μm, for example. That is, the bottom surface (lower surface) of the p + type semiconductor region PR is deeper than the bottom surface (lower surface) of the n type semiconductor region NW, for example, at a depth position of about 2 to 4 μm from the surface of the semiconductor substrate SB.

また、p型半導体領域PRの底面(下面)は、素子分離領域STの底面(下面)よりもかなり深い位置にある。すなわち、p型半導体領域PRは、素子分離領域STよりも深い位置まで形成されている。なお、素子分離領域STの底面(下面)は、例えば、半導体基板SBの表面から0.1〜0.4μm程度の深さ位置にあり、一方、p型半導体領域PRは、例えば、上述のように半導体基板SBの表面から2〜4μm程度の深さまで形成されている。このため、図7、図10、図11および図13からも分かるように、X方向に延在するp型半導体領域PRは、素子分離領域STの下に延在している。すなわち、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間には素子分離領域STが形成されているため、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間においては、p型半導体領域PRは、素子分離領域STの下をX方向に延在している。 Further, the bottom surface (lower surface) of the p + type semiconductor region PR is at a position considerably deeper than the bottom surface (lower surface) of the element isolation region ST. That is, the p + type semiconductor region PR is formed to a position deeper than the element isolation region ST. The bottom surface (lower surface) of the element isolation region ST is, for example, at a depth position of about 0.1 to 0.4 μm from the surface of the semiconductor substrate SB, while the p + type semiconductor region PR is, for example, as described above In this way, the semiconductor substrate SB is formed to a depth of about 2 to 4 μm from the surface. Therefore, as can be seen from FIGS. 7, 10, 11, and 13, the p + type semiconductor region PR extending in the X direction extends below the element isolation region ST. That is, since the element isolation region ST is formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction, the p + type semiconductor region PR is between the photodiode PD adjacent in the Y direction. Extends in the X direction.

また、n型半導体領域NWの底面(下面)の位置は、例えば半導体基板SBの表面から0.25〜0.5μm程度の深さ位置にある。また、n型半導体領域NRの底面(下面)の位置は、例えば半導体基板SBの表面から0.2〜0.5μm程度の深さ位置にある。   Further, the position of the bottom surface (lower surface) of the n-type semiconductor region NW is, for example, at a depth position of about 0.25 to 0.5 μm from the surface of the semiconductor substrate SB. Further, the position of the bottom surface (lower surface) of the n-type semiconductor region NR is, for example, at a depth position of about 0.2 to 0.5 μm from the surface of the semiconductor substrate SB.

また、p型半導体領域PRは、半導体基板SBの表面から形成する必要はなく、p型半導体領域PRの上面が、半導体基板SBの表面から所定の距離だけ離れていてもよい。すなわち、p型半導体領域PRは、半導体基板SBの表層部を避けて形成することができる。例えば、p型半導体領域PRの上面の位置を、素子分離領域STの底面(下面)と同程度の深さ位置に設定することができる。例えば、p型半導体領域PRの上面の位置は、半導体基板SBの表面から0.1〜0.4μm程度の深さ位置に設定することができる。 The p + type semiconductor region PR does not need to be formed from the surface of the semiconductor substrate SB, and the upper surface of the p + type semiconductor region PR may be separated from the surface of the semiconductor substrate SB by a predetermined distance. That is, the p + type semiconductor region PR can be formed avoiding the surface layer portion of the semiconductor substrate SB. For example, the position of the upper surface of the p + type semiconductor region PR can be set to a depth position comparable to the bottom surface (lower surface) of the element isolation region ST. For example, the position of the upper surface of the p + type semiconductor region PR can be set to a depth position of about 0.1 to 0.4 μm from the surface of the semiconductor substrate SB.

また、平面視では、Y方向に延在するp型半導体領域PRがn型半導体領域NRを横切っているが、p型半導体領域PRとn型半導体領域NRとの交差部では、n型半導体領域NRの下をp型半導体領域PRがY方向に延在している。図10の場合は、n型半導体領域NRの底面(下面)にp型半導体領域PRが接しているが、n型半導体領域NRの底面(下面)がp型半導体領域PRから離間している場合もあり得、その場合は、n型半導体領域NRの底面(下面)とp型半導体領域PRとの間にp型ウエルPW1の一部が存在することになる。 Also, in plan view, the p + type semiconductor region PR extending in the Y direction crosses the n type semiconductor region NR, but at the intersection of the p + type semiconductor region PR and the n type semiconductor region NR, the n type Under the semiconductor region NR, the p + type semiconductor region PR extends in the Y direction. In the case of FIG. 10, the p + type semiconductor region PR is in contact with the bottom surface (lower surface) of the n type semiconductor region NR, but the bottom surface (lower surface) of the n type semiconductor region NR is separated from the p + type semiconductor region PR. In this case, a part of the p-type well PW1 exists between the bottom surface (lower surface) of the n-type semiconductor region NR and the p + -type semiconductor region PR.

また、p型半導体領域PRの下に、p型ウエルPW1よりも高不純物濃度のp型半導体層(p型半導体領域)PW2が形成されていることが好ましい。p型半導体層PW2は、ホウ素(B)などのp型の不純物が高濃度で導入されたp型の半導体領域である。このp型半導体層PW2は、画素領域1A全体に形成され、半導体基板SBの厚みの途中に位置している。すなわち、p型半導体層PW2は、n型半導体領域NWの底面(下面)よりもかなり深い位置に形成されており、n型半導体領域NWとp型半導体層PW2との間にp型ウエルPW1が存在している。このため、p型ウエルPW1の底面(下面)はp型半導体層PW2の上面に隣接している。 In addition, a p + type semiconductor layer (p + type semiconductor region) PW2 having a higher impurity concentration than the p type well PW1 is preferably formed below the p + type semiconductor region PR. The p + type semiconductor layer PW2 is a p type semiconductor region into which a p type impurity such as boron (B) is introduced at a high concentration. The p + type semiconductor layer PW2 is formed over the entire pixel region 1A and is located in the middle of the thickness of the semiconductor substrate SB. That is, the p + type semiconductor layer PW2 is formed at a position considerably deeper than the bottom surface (lower surface) of the n type semiconductor region NW, and the p type well is formed between the n type semiconductor region NW and the p + type semiconductor layer PW2. PW1 exists. For this reason, the bottom surface (lower surface) of the p-type well PW1 is adjacent to the upper surface of the p + -type semiconductor layer PW2.

型半導体領域PRの底部は、p型半導体層PW2に達していることが好ましい。このため、n型半導体領域NWはp型ウエルPW1内に形成され、そのp型ウエルPW1は、底面(下面)をp型半導体層PW2で囲まれ、表層部以外の側面をp型半導体領域PRで囲まれた状態になっている。すなわち、n型半導体領域NWはp型ウエルPW1内に形成され、そのp型ウエルPW1の底面(下面)はp型半導体層PW2に隣接し、p型ウエルPW1の側面のうち、p型ウエルPW1の表層部の側面以外の部分は、p型半導体領域PRに隣接した状態になっている。つまり、n型半導体領域NWはp型ウエルPW1内に形成され、そのp型ウエルPW1は、高不純物濃度のp型半導体領域PRとp型半導体層PW2とによってほぼ囲まれている。 The bottom of the p + type semiconductor region PR preferably reaches the p + type semiconductor layer PW2. Therefore, the n-type semiconductor region NW is formed in the p-type well PW1, and the p-type well PW1 has a bottom surface (lower surface) surrounded by the p + -type semiconductor layer PW2, and a side surface other than the surface layer portion is formed on the p + -type semiconductor. It is in a state surrounded by the region PR. That is, the n-type semiconductor region NW is formed in the p-type well PW1, the bottom surface (lower surface) of the p-type well PW1 is adjacent to the p + -type semiconductor layer PW2, and the p-type well of the side surface of the p-type well PW1. Portions other than the side surface of the surface layer portion of PW1 are adjacent to the p + type semiconductor region PR. That is, the n-type semiconductor region NW is formed in the p-type well PW1, and the p-type well PW1 is substantially surrounded by the high impurity concentration p + type semiconductor region PR and the p + type semiconductor layer PW2.

型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高く、また、p型半導体層PW2の不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。言い換えると、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)よりも低く、かつ、p型半導体層PW2の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも低い。このため、p型半導体領域PRの導電率(電気伝導率)は、p型ウエルPW1の導電率(電気伝導率)よりも高く、また、p型半導体層PW2の導電率(電気伝導率)は、p型ウエルPW1の導電率(電気伝導率)よりも高い。 The impurity concentration of the p + type semiconductor region PR (p type impurity concentration) is higher than the impurity concentration of the p type well PW1 (p type impurity concentration), and the impurity concentration of the p + type semiconductor layer PW2 (p type impurity concentration). ) Is higher than the impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p-type well PW1. In other words, the impurity concentration of the p-type well PW1 (p-type impurity concentration), p + -type impurity concentration of the semiconductor region PR (p-type impurity concentration) lower than, and the impurity concentration of the p + -type semiconductor layer PW2 (p Type impurity concentration). Therefore, the conductivity (electric conductivity) of the p + type semiconductor region PR is higher than the conductivity (electric conductivity) of the p type well PW1, and the conductivity (electric conductivity) of the p + type semiconductor layer PW2. ) Is higher than the conductivity (electric conductivity) of the p-type well PW1.

例えば、p型半導体領域PRの不純物濃度(p型不純物濃度)は、1×1017〜1×1018/cm程度とすることができ、p型半導体層PW2の不純物濃度(p型不純物濃度)は、1×1017〜1×1018/cm程度とすることができ、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)は、1×1016〜5×1016/cm程度とすることができる。 For example, an impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p + -type semiconductor region PR is, 1 × 10 17 ~1 × be a 10 18 / cm 3 or so, the impurity concentration (p-type p + -type semiconductor layer PW2 The impurity concentration can be about 1 × 10 17 to 1 × 10 18 / cm 3, and the impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p-type well PW 1 is 1 × 10 16 to 5 × 10 16 / cm. It can be about 3 .

このため、平面的に見ると、あるフォトダイオードPDを構成するp型ウエルPW1およびn型半導体領域NWと、そのフォトダイオードPDにY方向に隣り合うフォトダイオードPDを構成するp型ウエルPW1およびn型半導体領域NWとの間には、X方向に延在する素子分離領域STと素子分離領域STの下をX方向に延在するp型半導体領域PRとが存在する。この素子分離領域STとp型半導体領域PRとにより、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の信号(電荷)の漏れ(リーク電流)を、抑制または防止することができる。また、平面的に見ると、あるフォトダイオードPDを構成するp型ウエルPW1およびn型半導体領域NWと、そのフォトダイオードPDにX方向に隣り合うフォトダイオードPDを構成するp型ウエルPW1およびn型半導体領域NWとの間には、Y方向に延在するp型半導体領域PRが存在する。このp型半導体領域PRにより、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の信号(電荷)の漏れ(リーク電流)を、抑制または防止することができる。更に、p型半導体層PW2を設けたことにより、X方向またはY方向に隣り合うフォトダイオードPD間の信号(電荷)の漏れ(リーク電流)を、更に抑制または防止することができるようになる。 Therefore, when viewed in plan, the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW constituting a certain photodiode PD, and the p-type wells PW1 and n constituting the photodiode PD adjacent to the photodiode PD in the Y direction. Between the type semiconductor region NW, there are an element isolation region ST extending in the X direction and a p + type semiconductor region PR extending in the X direction below the element isolation region ST. The element isolation region ST and the p + type semiconductor region PR can suppress or prevent signal (charge) leakage (leakage current) between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. Further, when viewed in plan, the p-type well PW1 and the n-type semiconductor region NW constituting a certain photodiode PD, and the p-type well PW1 and the n-type constituting the photodiode PD adjacent to the photodiode PD in the X direction. A p + type semiconductor region PR extending in the Y direction exists between the semiconductor region NW. This p + type semiconductor region PR can suppress or prevent signal (charge) leakage (leakage current) between photodiodes PD adjacent in the X direction. Furthermore, by providing the p + -type semiconductor layer PW2, signal (charge) leakage (leakage current) between the photodiodes PD adjacent in the X direction or the Y direction can be further suppressed or prevented. .

また、上記図5および図9の平面図や、図10〜図13の断面図に示されるように、平面視でY方向に隣り合うフォトダイオードPDの間において、リセットトランジスタRSTと増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとが、素子分離領域STに周囲を囲まれた活性領域に形成されている。   Further, as shown in the plan views of FIGS. 5 and 9 and the cross-sectional views of FIGS. 10 to 13, the reset transistor RST and the amplification transistor AMI are arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction in plan view. The selection transistor SEL is formed in the active region surrounded by the element isolation region ST.

すなわち、リセットトランジスタRSTを形成するための活性領域において、図11に示されるように、半導体基板SB(p型ウエルPW3)上にゲート絶縁膜GFを介してリセットトランジスタRST用のゲート電極GEが形成されており、そのゲート電極GEの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW3)内に、リセットトランジスタRST用のソース・ドレイン領域SDが形成されている。また、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELを形成するための活性領域において、図11および図13に示されるように、半導体基板SB(p型ウエルPW3)上にゲート絶縁膜GFを介して増幅トランジスタAMI用のゲート電極GEと選択トランジスタSEL用のゲート電極GEとが形成されている。また、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELを形成するための活性領域において、図11および図13に示されるように、ゲート電極GEの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW3)内に、増幅トランジスタAMI用のソース・ドレイン領域SDと選択トランジスタSEL用のソース・ドレイン領域SDとが形成されている。なお、選択トランジスタSELと増幅トランジスタAMIとは直列に接続されているため、一方のソース・ドレイン領域SDを共有している。ゲート電極GEの側壁上には、サイドウォールスペーサと称される側壁絶縁膜が形成されていてもよい。ソース・ドレイン領域SDは、n型半導体領域からなるが、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有することもできる。   That is, in the active region for forming the reset transistor RST, as shown in FIG. 11, the gate electrode GE for the reset transistor RST is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) via the gate insulating film GF. The source / drain regions SD for the reset transistor RST are formed in the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) on both sides of the gate electrode GE. In the active region for forming the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL, as shown in FIGS. 11 and 13, the amplification transistor AMI is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) via the gate insulating film GF. A gate electrode GE for the selection transistor and a gate electrode GE for the selection transistor SEL are formed. Further, in the active region for forming the amplification transistor AMI and the selection transistor SEL, as shown in FIGS. 11 and 13, the amplification transistor AMI is provided in the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) on both sides of the gate electrode GE. A source / drain region SD for the selection transistor and a source / drain region SD for the selection transistor SEL are formed. Since the selection transistor SEL and the amplification transistor AMI are connected in series, one of the source / drain regions SD is shared. A sidewall insulating film called a sidewall spacer may be formed on the sidewall of the gate electrode GE. The source / drain region SD is made of an n-type semiconductor region, but can also have an LDD (Lightly Doped Drain) structure.

なお、p型ウエルPW3は、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMIあるいは選択トランジスタSELを形成するための活性領域の半導体基板SBに形成されており、平面視において周囲を素子分離領域STで囲まれている。また、p型ウエルPW3の下には、p型半導体領域PRが存在し得る。 The p-type well PW3 is formed in the active region semiconductor substrate SB for forming the reset transistor RST, the amplification transistor AMI, or the selection transistor SEL, and is surrounded by the element isolation region ST in plan view. . Further, the p + type semiconductor region PR may exist under the p type well PW3.

また、リセットトランジスタRST、増幅トランジスタAMIおよび選択トランジスタSELのチャネル形成領域(ゲート電極GEの直下の基板領域に対応)には、チャネルドープ層CDが形成されている。このチャネルドープ層CDは、後述のイオン注入IM2によって不純物が導入(注入)された領域(半導体領域)である。   In addition, a channel dope layer CD is formed in the channel formation region (corresponding to the substrate region immediately below the gate electrode GE) of the reset transistor RST, the amplification transistor AMI, and the selection transistor SEL. This channel dope layer CD is a region (semiconductor region) into which impurities are introduced (implanted) by ion implantation IM2 described later.

次に、図14を参照して、本実施の形態の半導体装置の周辺回路領域2A(上記図4参照)の構造(断面構造)について説明する。   Next, the structure (cross-sectional structure) of the peripheral circuit region 2A (see FIG. 4) of the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

図14に示されるように、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには、周辺トランジスタLTが形成されている。   As shown in FIG. 14, a peripheral transistor LT is formed on the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A.

すなわち、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには、p型ウエルPW4が形成され、p型ウエルPW4上にゲート絶縁膜GFを介して周辺トランジスタLTのゲート電極GLが形成されている。また、ゲート電極GLの両側のp型ウエルPW4内に、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域SDLが形成されている。ゲート電極GLの側壁上には、サイドウォールスペーサと称される側壁絶縁膜が形成されていてもよい。ソース・ドレイン領域SDLは、n型半導体領域からなるが、LDD構造を有することもできる。   That is, the p-type well PW4 is formed in the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A, and the gate electrode GL of the peripheral transistor LT is formed on the p-type well PW4 via the gate insulating film GF. The source / drain regions SDL of the peripheral transistor LT are formed in the p-type well PW4 on both sides of the gate electrode GL. A sidewall insulating film called a sidewall spacer may be formed on the sidewall of the gate electrode GL. The source / drain region SDL is composed of an n-type semiconductor region, but may have an LDD structure.

なお、実際には、周辺回路領域2Aには、論理回路を構成するトランジスタとして、複数のnチャネル型MISFETと複数のpチャネル型MISFETとが形成されているが、図14には、論理回路を構成するトランジスタのうちの一つのnチャネル型MISFETが、周辺トランジスタLTとして示されている。   Actually, a plurality of n-channel MISFETs and a plurality of p-channel MISFETs are formed in the peripheral circuit region 2A as transistors constituting the logic circuit. FIG. One n-channel type MISFET of the constituting transistors is shown as a peripheral transistor LT.

また、これまで説明したp型ウエルPW1,PW3,PW4、n型半導体領域NR、n型半導体領域NW、p型半導体領域HP、p型半導体領域PR、p型半導体層PW2、チャネルドープ層CD、ソース・ドレイン領域SD,SDLは、半導体基板SB内に形成されており、半導体基板SBがエピタキシャルウエハの場合は、半導体層EP内に形成されている。 The p-type wells PW1, PW3, PW4, n-type semiconductor region NR, n-type semiconductor region NW, p + type semiconductor region HP, p + type semiconductor region PR, p + type semiconductor layer PW2, channel dope described so far The layer CD and the source / drain regions SD and SDL are formed in the semiconductor substrate SB, and when the semiconductor substrate SB is an epitaxial wafer, it is formed in the semiconductor layer EP.

次に、図10〜図14を参照して、半導体基板SBの上に形成した層間絶縁膜や配線について説明する。   Next, an interlayer insulating film and wiring formed on the semiconductor substrate SB will be described with reference to FIGS.

図10〜図14に示されるように、画素領域1Aおよび周辺回路領域2Aを含む半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GT,GE,GLおよびキャップ絶縁膜CPを覆うように、層間絶縁膜IL1が形成されている。層間絶縁膜IL1は、半導体基板SBの主面全体上に形成されている。   As shown in FIG. 10 to FIG. 14, interlayer insulation is performed so as to cover the gate electrodes GT, GE, GL and the cap insulating film CP over the entire main surface of the semiconductor substrate SB including the pixel region 1A and the peripheral circuit region 2A. A film IL1 is formed. The interlayer insulating film IL1 is formed over the entire main surface of the semiconductor substrate SB.

層間絶縁膜IL1は、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)を原料とした酸化シリコン膜により形成されている。層間絶縁膜IL1には、コンタクトホール(貫通孔)が形成されており、各コンタクトホールには、導電性のプラグPGが埋め込まれている。プラグPGは、例えば、n型半導体領域NR上、ソース・ドレイン領域SD,SDL上、ゲート電極GT,GE,GL上などに形成されている。   The interlayer insulating film IL1 is formed of, for example, a silicon oxide film using TEOS (Tetra Ethyl Ortho Silicate) as a raw material. A contact hole (through hole) is formed in the interlayer insulating film IL1, and a conductive plug PG is embedded in each contact hole. The plug PG is formed on, for example, the n-type semiconductor region NR, the source / drain regions SD and SDL, the gate electrodes GT, GE, and GL.

プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上には配線M1が形成されている。配線M1は、第1層目の配線層の配線である。図10〜図13の場合は、配線M1をダマシン法により形成した場合が示されているため、配線M1は、層間絶縁膜IL1上に形成された層間絶縁膜IL2の配線溝に埋め込まれている。この場合、配線M1は、例えば銅配線(埋込銅配線)である。   A wiring M1 is formed on the interlayer insulating film IL1 in which the plug PG is embedded. The wiring M1 is a wiring in the first wiring layer. 10 to 13 show the case where the wiring M1 is formed by the damascene method, the wiring M1 is embedded in the wiring trench of the interlayer insulating film IL2 formed over the interlayer insulating film IL1. . In this case, the wiring M1 is, for example, a copper wiring (embedded copper wiring).

配線M1を形成した層間絶縁膜IL2上には、例えば、酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜IL3が形成されており、この層間絶縁膜IL3に配線M2が形成されている。また、配線M2を形成した層間絶縁膜IL3上には、例えば、酸化シリコン膜などからなる層間絶縁膜IL4が形成されており、この層間絶縁膜IL4に配線M3が形成されている。配線M2は、第2層目の配線層の配線であり、配線M3は、第3層目の配線層の配線である。配線M1,M2,M3は、ダマシン配線(埋め込み配線)に限定されず、層間絶縁膜上に形成した導電膜をパターニングする手法で形成することもでき、例えば、アルミニウム配線などを用いることもできる。また、半導体基板SB上に形成する配線層が3層の場合について図示および説明したが、配線層の数は3層に限定されない。   On the interlayer insulating film IL2 on which the wiring M1 is formed, an interlayer insulating film IL3 made of, for example, a silicon oxide film is formed, and the wiring M2 is formed in the interlayer insulating film IL3. An interlayer insulating film IL4 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the interlayer insulating film IL3 on which the wiring M2 is formed, and the wiring M3 is formed in the interlayer insulating film IL4. The wiring M2 is a wiring of the second wiring layer, and the wiring M3 is a wiring of the third wiring layer. The wirings M1, M2, and M3 are not limited to damascene wiring (embedded wiring), and can be formed by a method of patterning a conductive film formed on an interlayer insulating film, and for example, aluminum wiring can be used. Further, although the case where the number of wiring layers formed on the semiconductor substrate SB is three is shown and described, the number of wiring layers is not limited to three.

配線M1,M2,M3は、フォトダイオードPDと平面視で重ならないように形成されている。これは、フォトダイオードPDに入射する光が配線M1,M2,M3によって遮られないようにするためである。   The wirings M1, M2, and M3 are formed so as not to overlap the photodiode PD in plan view. This is to prevent light incident on the photodiode PD from being blocked by the wirings M1, M2, and M3.

更に、画素領域1Aにおいて、配線M3を形成した層間絶縁膜IL4上に、マイクロレンズ(図示せず)を搭載することもできる。また、マイクロレンズと層間絶縁膜IL4との間にカラーフィルタ(図示せず)を設けることもできる。   Further, in the pixel region 1A, a microlens (not shown) can be mounted on the interlayer insulating film IL4 in which the wiring M3 is formed. In addition, a color filter (not shown) can be provided between the microlens and the interlayer insulating film IL4.

光が画素PU(図1参照)に照射されると、まず、入射光は、マイクロレンズ(図示せず)を通過し、その後、可視光に対して透明な層間絶縁膜IL4〜IL1を通過した後、キャップ絶縁膜CPに入射する。キャップ絶縁膜CPでは、入射光の反射が抑制されて充分な光量の入射光がフォトダイオードPDに入射する。フォトダイオードPDでは、入射光のエネルギーがシリコンのバンドギャップよりも大きいため、光電変換により入射光が吸収されて正孔電子対が生成される。このとき生成された電子は、n型半導体領域NWに蓄積される。そして、適切なタイミングで、転送トランジスタTXをオンする。具体的には、転送トランジスタTXのゲート電極GTにしきい値電圧以上の電圧を印加する。すると、転送トランジスタTXのゲート電極GTの下のゲート絶縁膜GFの直下のチャネル形成領域にチャネル領域(反転層)が形成され、転送トランジスタTXのソース領域としてのn型半導体領域NWと、転送トランジスタTXのドレイン領域としてのn型半導体領域NRとが、電気的に導通することになる。この結果、n型半導体領域NWに蓄積された電子は、チャネル領域を通ってドレイン領域(n型半導体領域NR)に達し、ドレイン領域(n型半導体領域NR)からプラグPGや配線を伝わって増幅トランジスタAMIのゲート電極GEに入力される。   When light is applied to the pixel PU (see FIG. 1), first, incident light passes through a microlens (not shown), and then passes through interlayer insulating films IL4 to IL1 that are transparent to visible light. Thereafter, the light enters the cap insulating film CP. In the cap insulating film CP, reflection of incident light is suppressed, and a sufficient amount of incident light is incident on the photodiode PD. In the photodiode PD, since the energy of incident light is larger than the band gap of silicon, the incident light is absorbed by photoelectric conversion and a hole electron pair is generated. The electrons generated at this time are accumulated in the n-type semiconductor region NW. Then, the transfer transistor TX is turned on at an appropriate timing. Specifically, a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode GT of the transfer transistor TX. Then, a channel region (inversion layer) is formed in the channel formation region immediately below the gate insulating film GF below the gate electrode GT of the transfer transistor TX, and the n-type semiconductor region NW as the source region of the transfer transistor TX and the transfer transistor The n-type semiconductor region NR as the drain region of TX is electrically connected. As a result, electrons accumulated in the n-type semiconductor region NW reach the drain region (n-type semiconductor region NR) through the channel region, and are amplified from the drain region (n-type semiconductor region NR) through the plug PG and wiring. Input to the gate electrode GE of the transistor AMI.

<半導体装置の製造方法>
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について、図15〜図52を参照して説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図15〜図52は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部平面図または要部断面図である。図15〜図52のうち、図15、図24、図29、図30、図34、図35、図39、図44は、平面図であり、上記図5に相当する領域の平面図が示されている。また、図15〜図52のうち、図16、図20、図25、図31、図36、図40、図45、図49は、上記図10に相当する断面図、すなわち、上記図5のA−A線に相当する位置での断面図である。また、図15〜図52のうち、図17、図21、図26、図32、図37、図41、図46、図50は、上記図12に相当する断面図、すなわち、上記図5のC−C線に相当する位置での断面図である。また、図15〜図52のうち、図18、図22、図27、図33、図38、図42、図47、図51は、上記図13に相当する断面図、すなわち、上記図5のD−D線に相当する位置での断面図である。また、図15〜図52のうち、図19、図23、図28、図43、図48、図52は、上記図14に相当する断面図、すなわち、周辺回路領域2Aの断面図である。   15 to 52 are main part plan views or main part cross-sectional views during the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 15, FIG. 24, FIG. 29, FIG. 30, FIG. 34, FIG. 35, FIG. 39, FIG. 44 are plan views, and a plan view of the region corresponding to FIG. Has been. 15 to 52, FIGS. 16, 20, 25, 31, 36, 40, 45, and 49 are sectional views corresponding to FIG. 10, that is, FIG. 5. It is sectional drawing in the position equivalent to an AA line. 15 to 52, FIGS. 17, 21, 26, 32, 37, 41, 46, and 50 are sectional views corresponding to FIG. 12, that is, FIG. It is sectional drawing in the position equivalent to CC line. 15 to 52, FIGS. 18, 22, 27, 33, 38, 42, 47, and 51 are cross-sectional views corresponding to FIG. 13, that is, FIG. It is sectional drawing in the position equivalent to DD line. 15 to 52, FIGS. 19, 23, 28, 43, 48, and 52 are cross-sectional views corresponding to FIG. 14, that is, a cross-sectional view of the peripheral circuit region 2A.

本実施の形態の半導体装置を製造するには、まず、図15〜図19に示されるように、半導体基板(半導体ウエハ)SBを用意(準備)する。   In order to manufacture the semiconductor device of this embodiment, first, as shown in FIGS. 15 to 19, a semiconductor substrate (semiconductor wafer) SB is prepared (prepared).

半導体基板SBは、例えば、p型の不純物が導入されたp型の単結晶シリコンなどからなる基板本体(半導体基板、半導体ウエハ)SB1と、基板本体SB1の主面上に形成された、例えばn型の単結晶シリコンからなる半導体層EPと、を有している。半導体層EPは、エピタキシャル層であり、基板本体SB1の主面上にエピタキシャル成長により形成されている。このため、半導体基板SBは、いわゆるエピタキシャルウエハである。他の形態として、基板本体SB1をp型ではなく、n型とすることもできる。また、更に他の形態として、半導体基板SBを、エピタキシャルウエハではなく、n型の不純物が導入されたn型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)とすることもできる。 The semiconductor substrate SB is formed on the main surface of the substrate body (semiconductor substrate, semiconductor wafer) SB1 made of, for example, p-type single crystal silicon into which p-type impurities are introduced, and the substrate body SB1, for example, n - it has a semiconductor layer EP consisting -type single crystal silicon, a. The semiconductor layer EP is an epitaxial layer, and is formed on the main surface of the substrate body SB1 by epitaxial growth. For this reason, the semiconductor substrate SB is a so-called epitaxial wafer. As another form, the substrate body SB1 may be n-type instead of p-type. As yet another form, the semiconductor substrate SB can be a semiconductor substrate (semiconductor wafer) made of n-type single crystal silicon into which an n-type impurity is introduced, instead of an epitaxial wafer.

次に、半導体基板SBの主面に、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法などを用いて、絶縁体(溝に埋め込まれた絶縁体)からなる素子分離領域STを形成する。   Next, an element isolation region ST made of an insulator (an insulator embedded in a trench) is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB using, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method.

すなわち、エッチングなどにより半導体基板SBの主面に素子分離溝(溝)を形成してから、酸化シリコン(例えばオゾンTEOS酸化膜)などからなる絶縁膜を素子分離溝を埋めるように半導体基板SB上に形成する。それから、この絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などを用いて研磨することで、素子分離溝の外部の不要な絶縁膜を除去し、かつ素子分離溝内に絶縁膜を残すことにより、素子分離溝を埋める絶縁膜(絶縁体)からなる素子分離領域STを形成することができる。素子分離領域STによって、半導体基板SBの活性領域が規定(画定)される。図15〜図19には、素子分離領域STを形成した段階が示されている。   That is, an element isolation groove (groove) is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB by etching or the like, and then an insulating film made of silicon oxide (for example, ozone TEOS oxide film) is filled on the semiconductor substrate SB so as to fill the element isolation groove. To form. Then, the insulating film is polished using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like to remove an unnecessary insulating film outside the element isolation groove, and the insulating film is formed in the element isolation groove. By leaving the element, the element isolation region ST made of an insulating film (insulator) that fills the element isolation trench can be formed. The active region of the semiconductor substrate SB is defined (defined) by the element isolation region ST. 15 to 19 show the stage where the element isolation region ST is formed.

なお、図15は平面視であるが、図面を見やすくするために、素子分離領域STに斜線のハッチングを付してある。また、素子分離領域STの形成位置を理解しやすくするために、フォトダイオード形成予定領域PDAを、点線で示してある。ここで、フォトダイオード形成予定領域PDAは、後でフォトダイオードPDが形成される予定の領域(より特定的には後でn型半導体領域NWが形成される予定の領域)のことである。   Although FIG. 15 is a plan view, the element isolation region ST is hatched in order to make the drawing easy to see. Further, in order to facilitate understanding of the formation position of the element isolation region ST, the photodiode formation scheduled region PDA is indicated by a dotted line. Here, the photodiode formation scheduled area PDA is an area in which the photodiode PD is to be formed later (more specifically, an area in which the n-type semiconductor area NW is to be formed later).

素子分離領域STは、STI法に代えてLOCOS(Local oxidation of silicon)法を用いて形成することも可能である。しかしながら、素子分離領域STをSTI法で形成すれば、LOCOS法を用いた場合に比べて、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔P(上記図5参照)を小さくすることができるという利点を得られる。これにより、画素領域1Aに配置できる画素(PU)の数を増大させることができ、また、画素(PU)の数が同じ場合には、画素領域1Aの面積を縮小することができるため、半導体装置の小型化(小面積化)を図ることができる。このため、素子分離領域STは、STI法で形成することが好ましい。 The element isolation region ST can also be formed by using a LOCOS (Local oxidation of silicon) method instead of the STI method. However, if the element isolation region ST is formed by the STI method, the distance P 2 (see FIG. 5) between the photodiodes PD adjacent in the Y direction can be reduced as compared with the case where the LOCOS method is used. Can be obtained. As a result, the number of pixels (PU) that can be arranged in the pixel region 1A can be increased, and when the number of pixels (PU) is the same, the area of the pixel region 1A can be reduced. The apparatus can be reduced in size (reduced area). For this reason, the element isolation region ST is preferably formed by the STI method.

素子分離領域STを形成すると、平面視において、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間には、素子分離領域STと、素子分離領域STで囲まれた活性領域(トランジスタ形成用の活性領域)が存在する。一方、平面視において、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間には、素子分離領域STは形成されていない。   When the element isolation region ST is formed, the element isolation region ST and an active region surrounded by the element isolation region ST (active for transistor formation) are formed between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the Y direction in plan view. Area) exists. On the other hand, the element isolation region ST is not formed between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction in plan view.

次に、図20〜図23に示されるように、画素領域1Aの半導体基板SB(半導体層EP)にp型ウエル(p型半導体領域)PW1およびp型半導体層(p型半導体領域)PW2を形成し、周辺回路領域2Aの半導体基板SB(半導体層EP)にp型ウエル(p型半導体領域)PW4を形成する。 Next, as shown in FIGS. 20 to 23, the p-type well (p-type semiconductor region) PW1 and the p + -type semiconductor layer (p + -type semiconductor region) are formed on the semiconductor substrate SB (semiconductor layer EP) in the pixel region 1A. PW2 is formed, and a p-type well (p-type semiconductor region) PW4 is formed in the semiconductor substrate SB (semiconductor layer EP) in the peripheral circuit region 2A.

p型ウエルPW1は、フォトダイオードPDを形成するためのp型半導体領域であり、また、nチャネル型の転送トランジスタTXを形成するためのp型ウエル領域でもある。また、p型ウエルPW4は、nチャネル型の周辺トランジスタLTを形成するためのp型ウエル領域である。   The p-type well PW1 is a p-type semiconductor region for forming the photodiode PD, and is also a p-type well region for forming the n-channel type transfer transistor TX. The p-type well PW4 is a p-type well region for forming the n-channel peripheral transistor LT.

p型ウエルPW1とp型半導体層PW2とp型ウエルPW4とは、それぞれ、半導体基板SBに例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。 The p-type well PW1, the p + -type semiconductor layer PW2, and the p-type well PW4 can be formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate SB, respectively.

p型ウエルPW1とp型ウエルPW4とは、それぞれ、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたって形成されるが、p型半導体層PW2は、半導体基板SBの主面よりも深い位置に、すなわち、半導体基板SBの厚みの途中に形成される。このため、p型半導体層PW2は、p型埋め込み層とみなすこともできる。p型ウエルPW1およびp型半導体層PW2を形成すると、画素領域1Aにおいて、p型ウエルPW1の下にp型半導体層PW2が形成され、p型半導体層PW2の上にp型ウエルPW1が形成されている状態になる。 The p-type well PW1 and the p-type well PW4 are each formed to a predetermined depth from the main surface of the semiconductor substrate SB, but the p + -type semiconductor layer PW2 is deeper than the main surface of the semiconductor substrate SB. That is, it is formed in the middle of the thickness of the semiconductor substrate SB. Therefore, the p + type semiconductor layer PW2 can also be regarded as a p + type buried layer. When the p-type well PW1 and the p + -type semiconductor layer PW2 are formed, the p + -type semiconductor layer PW2 is formed below the p-type well PW1 in the pixel region 1A, and the p-type well PW1 is formed above the p + -type semiconductor layer PW2. Will be formed.

p型ウエルPW1は、この段階では、画素領域1A全体にわたって形成されている。まだp型半導体領域PRを形成していないため、p型ウエルPW1は、p型半導体領域PRで区画されてはいない。 At this stage, the p-type well PW1 is formed over the entire pixel region 1A. Since the p + type semiconductor region PR has not yet been formed, the p type well PW1 is not partitioned by the p + type semiconductor region PR.

また、p型ウエルPW1の不純物濃度は、深さ方向において均一ではない場合もあり得る。例えば、深さ方向において、深さが浅くなるにしたがって不純物濃度(p型不純物濃度)が低くなる濃度分布を有していてもよい。   Further, the impurity concentration of the p-type well PW1 may not be uniform in the depth direction. For example, in the depth direction, it may have a concentration distribution in which the impurity concentration (p-type impurity concentration) decreases as the depth decreases.

また、図23には、周辺回路領域2Aにはp型半導体層PW2を形成しない場合が示されているが、他の形態として、画素領域1Aだけでなく、周辺回路領域2Aにもp型半導体層PW2を形成することも可能である。また、周辺回路領域2Aのp型ウエルPW4を、p型ウエルPW1と共通のイオン注入で形成することも可能であり、その場合は、p型ウエルPW4の深さはp型ウエルPW1の深さとほぼ同じになる。 FIG. 23 shows a case where the p + type semiconductor layer PW2 is not formed in the peripheral circuit region 2A. However, as another form, p + is not only applied to the pixel region 1A but also to the peripheral circuit region 2A. It is also possible to form the type semiconductor layer PW2. Also, the p-type well PW4 in the peripheral circuit region 2A can be formed by ion implantation common to the p-type well PW1, and in this case, the depth of the p-type well PW4 is equal to the depth of the p-type well PW1. It will be almost the same.

次に、画素領域1Aに形成するトランジスタ(上記転送トランジスタTX、増幅トランジスタAMI、選択トランジスタSELおよびリセットトランジスタRSTに対応)用のチャネルドープイオン注入と、周辺回路領域2Aに形成する周辺トランジスタLT用のチャネルドープイオン注入とを行う。画素領域1Aに形成するトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)用のチャネルドープイオン注入では、n型またはp型の不純物を、画素領域1Aの半導体基板SBの表層部(より特定的には画素領域1Aに形成するトランジスタ用の活性領域の表層部)にイオン注入する。周辺回路領域2Aに形成する周辺トランジスタLT用のチャネルドープイオン注入では、n型またはp型の不純物を、周辺回路領域2Aの半導体基板SBの表層部(より特定的には周辺回路領域2Aに形成する周辺トランジスタLT用の活性領域の表層部)にイオン注入する。この際、画素領域1Aに形成するトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)は、nチャネル型のトランジスタであるため、周辺回路領域2Aに形成するnチャネル型の周辺トランジスタLTと、チャネルドープイオン注入を共通にすることが好ましい。すなわち、画素領域1Aに形成するトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)用のチャネルドープイオン注入と、周辺回路領域2Aに形成するnチャネル型の周辺トランジスタLT用のチャネルドープイオン注入とを、同じ(共通の)イオン注入により行うことが好ましい。つまり、同じ(共通の)イオン注入により、画素領域1Aに形成するトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)用の活性領域の半導体基板SBの表層部と、周辺回路領域2Aに形成するnチャネル型の周辺トランジスタLT用の活性領域の半導体基板SBの表層部とに、n型またはp型の不純物を注入することが好ましい。これにより、半導体装置の製造工程数を低減することができる。   Next, channel dope ion implantation for transistors (corresponding to the transfer transistor TX, amplification transistor AMI, selection transistor SEL, and reset transistor RST) formed in the pixel region 1A, and for the peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A Channel dope ion implantation is performed. In channel dope ion implantation for transistors (TX, AMI, SEL, RST) formed in the pixel region 1A, n-type or p-type impurities are removed from the surface layer portion (more specifically, the pixel of the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A). Ions are implanted into the surface layer portion of the active region for the transistor formed in the region 1A. In channel doping ion implantation for the peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A, n-type or p-type impurities are formed on the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A (more specifically, in the peripheral circuit region 2A). Ions are implanted into the surface layer portion of the active region for the peripheral transistor LT. At this time, since the transistors (TX, AMI, SEL, RST) formed in the pixel region 1A are n-channel transistors, the n-channel peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A and the channel dope ion implantation are performed. Are preferably shared. That is, the channel dope ion implantation for the transistors (TX, AMI, SEL, RST) formed in the pixel region 1A and the channel dope ion implantation for the n-channel peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A are the same. Preferably, it is performed by (common) ion implantation. That is, by the same (common) ion implantation, the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region for the transistors (TX, AMI, SEL, RST) formed in the pixel region 1A and the n-channel type formed in the peripheral circuit region 2A. Preferably, an n-type or p-type impurity is implanted into the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region for the peripheral transistor LT. Thereby, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced.

次に、図24〜図28に示されるように、半導体基板SBの主面上に、マスク層MKを形成する。マスク層MKは、フォトレジストパターンのようなレジストパターンからなる。例えば、半導体基板SBの主面上にフォトレジスト膜を形成してから、そのフォトレジスト膜を露光・現像することにより、フォトレジストパターンからなるマスク層MKを形成することができる。   Next, as shown in FIGS. 24 to 28, a mask layer MK is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB. The mask layer MK is made of a resist pattern such as a photoresist pattern. For example, a mask layer MK made of a photoresist pattern can be formed by forming a photoresist film on the main surface of the semiconductor substrate SB and then exposing and developing the photoresist film.

図24〜図28には、マスク層MKを形成した段階が示されている。なお、図24は平面視であるが、図面を見やすくするために、マスク層MKに斜線のハッチングを付してあり、また、マスク層MKの位置を理解しやすくするために、フォトダイオード形成予定領域PDAを、点線で示してある。   24 to 28 show a stage where the mask layer MK is formed. Although FIG. 24 is a plan view, the mask layer MK is hatched in order to make the drawing easier to see, and the photodiode is scheduled to be formed in order to make the position of the mask layer MK easier to understand. Area PDA is indicated by a dotted line.

マスク層MKは、p型半導体領域PRが形成される予定領域を開口する開口部OPを有している。すなわち、マスク層MKの開口部OPの平面レイアウトは、上記図7および図8に示されるp型半導体領域PRの平面レイアウトとほぼ一致している。 The mask layer MK has an opening OP that opens a region where the p + type semiconductor region PR is to be formed. That is, the planar layout of the opening OP of the mask layer MK substantially matches the planar layout of the p + type semiconductor region PR shown in FIGS.

具体的には、開口部OPは、X方向にそれぞれ延在する複数の溝TR1と、Y方向にそれぞれ延在する複数の溝TR2とを有している。これらX方向に延在する複数の溝TR1とY方向に延在する複数の溝TR2とは、互いに交差している。これらの溝TR1,TR2が連結されることにより、開口部OPが形成されている。つまり、開口部OPは、平面視で格子状に形成されている。各溝TR1は、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間をX方向に延在し、また、各溝TR2は、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間をY方向に延在している。また、図28に示されるように、周辺回路領域2Aは、全体がマスク層MKで覆われる。   Specifically, the opening OP has a plurality of grooves TR1 extending in the X direction and a plurality of grooves TR2 extending in the Y direction, respectively. The plurality of grooves TR1 extending in the X direction and the plurality of grooves TR2 extending in the Y direction intersect with each other. By connecting these trenches TR1 and TR2, an opening OP is formed. That is, the openings OP are formed in a lattice shape in plan view. Each trench TR1 extends in the X direction between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction, and each trench TR2 extends in the Y direction between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the X direction. It is extended. As shown in FIG. 28, the entire peripheral circuit region 2A is covered with the mask layer MK.

また、マスク層MKは、後述のイオン注入IM1,IM2でイオン注入阻止マスクとして機能するのに十分な厚みを有していることが好ましい。後述のイオン注入IM2は、後述のイオン注入IM1よりも注入深さが浅い。このため、マスク層MKで覆われた領域の半導体基板SBにイオン注入IM1で不純物イオンが注入されないように、マスク層MKの厚みを設定すればよい。すなわち、イオン注入IM1において開口部OPから露出する半導体基板SBに対する不純物イオンの注入深さよりも、マスク層MKの厚みを厚くする。つまり、半導体基板SBの表面から後述のイオン注入IM1で形成されるp型半導体領域PRの底面(下面)までの深さ(距離)よりも、マスク層MKの厚みを大きくする。このため、マスク層MKの厚みは、従って後述する溝TR2の側壁の高さHは、例えば4〜8μm程度とすることができる。 The mask layer MK preferably has a sufficient thickness to function as an ion implantation blocking mask in ion implantation IM1 and IM2 described later. An ion implantation IM2, which will be described later, has a shallower implantation depth than an ion implantation IM1, which will be described later. For this reason, the thickness of the mask layer MK may be set so that impurity ions are not implanted into the semiconductor substrate SB in the region covered with the mask layer MK by the ion implantation IM1. That is, the mask layer MK is made thicker than the impurity ion implantation depth for the semiconductor substrate SB exposed from the opening OP in the ion implantation IM1. That is, the thickness of the mask layer MK is made larger than the depth (distance) from the surface of the semiconductor substrate SB to the bottom surface (lower surface) of the p + type semiconductor region PR formed by ion implantation IM1 described later. Therefore, the thickness of the mask layer MK is thus the height H 1 of the sidewalls of the trenches TR2 may be, for example 4~8μm about.

また、平面視において、マスク層MKの開口部OPは、p型半導体領域PRの形成予定領域と一致しており、従って、イオン注入IM1を行った後では、p型半導体領域PRが形成された領域とほぼ一致している。このため、平面視において、X方向に延在する溝TR1は、X方向に延在するp型半導体領域PRが形成される領域とほぼ一致し、Y方向に延在する溝TR2は、Y方向に延在するp型半導体領域PRが形成される領域とほぼ一致している。このため、Y方向に延在する溝TR2の幅Wは、上記図8に示したY方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wとほぼ一致し(W=W)、X方向に延在する溝TR1の幅Wは、上記図8に示したX方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wとほぼ一致している(W=W)。なお、溝TR2の幅Wは、Y方向に残在する溝TR2のX方向の幅(寸法)に対応しており、図24および図26に示され、溝TR1の幅Wは、X方向に残在する溝TR1のY方向の幅(寸法)に対応しており、図24および図25に示されている。上述のように、Y方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wは、X方向に延在するp型半導体領域PRの幅Wよりも小さい(W<W)ことが好ましいため、Y方向に延在する溝TR2の幅Wは、X方向に延在する溝TR1の幅Wよりも小さい(W<W)ことが好ましい。 Further, in a plan view, the opening OP of the mask layer MK is consistent with the formation region of the p + -type semiconductor region PR, therefore, after performing the ion implantation IM1 is p + -type semiconductor region PR is formed Is almost the same as the marked area. Therefore, in plan view, the trench TR1 extending in the X direction substantially coincides with the region where the p + type semiconductor region PR extending in the X direction is formed, and the trench TR2 extending in the Y direction is Y The region substantially coincides with the region where the p + type semiconductor region PR extending in the direction is formed. Therefore, the width W 1 of the groove TR2 extending in the Y direction, substantially coincides with p + -type semiconductor region width W 2 of the PR extending in the Y direction shown in FIG. 8 (W 1 = W 2) , The width W 4 of the trench TR1 extending in the X direction substantially coincides with the width W 3 of the p + type semiconductor region PR extending in the X direction shown in FIG. 8 (W 3 = W 4 ). . The width W 1 of the groove TR2 corresponds to the X direction of the grooves TR2 that Zanzai the Y direction width (dimension), is shown in FIGS. 24 and 26, the width W 4 of the groove TR1 is X This corresponds to the width (dimension) in the Y direction of the groove TR1 remaining in the direction, and is shown in FIGS. As described above, the width W 2 of the p + type semiconductor region PR extending in the Y direction is smaller than the width W 3 of the p + type semiconductor region PR extending in the X direction (W 2 <W 3 ). Therefore preferably, the width W 1 of the groove TR2 extending in the Y direction is smaller than the width W 4 of the groove TR1 extending in the X direction (W 1 <W 4) is preferred.

次に、図29〜図33に示されるように、マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板SBにp型の不純物をイオン注入することにより、画素領域1Aの半導体基板SBにp型半導体領域PRを形成する。このp型半導体領域PRを形成するためのイオン注入を、以下ではイオン注入IM1と称することとする。図31〜図33では、イオン注入IM1を矢印で模式的に示してある。矢印の方向が不純物イオン(イオンビーム)の進行方向(入射方向)であり、イオン注入の方向に対応している。 Next, as shown in FIGS. 29 to 33, p + type impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate SB using the mask layer MK as an ion implantation blocking mask, whereby p + is implanted into the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A. A type semiconductor region PR is formed. Hereinafter, the ion implantation for forming the p + type semiconductor region PR is referred to as ion implantation IM1. 31 to 33, the ion implantation IM1 is schematically shown by arrows. The direction of the arrow is the traveling direction (incident direction) of impurity ions (ion beam) and corresponds to the direction of ion implantation.

なお、図29は平面図であるが、図面を見やすくするために、マスク層MKに上記図24と同様の斜線のハッチングを付し、イオン注入IM1で不純物イオンが注入される領域にドットのハッチングを付してあり、また、フォトダイオード形成予定領域PDAを、点線で示してある。また、図30は、図29と同じ領域が示されている平面図であるが、素子分離領域STとp型半導体領域PRとの位置関係を理解しやすくするために、素子分離領域STを上記図15と同様の斜線のハッチングを付して示し、イオン注入IM1で不純物イオンが注入される領域をドットのハッチングを付して示してあり、また、フォトダイオード形成予定領域PDAを点線で示してある。 Note that FIG. 29 is a plan view, but in order to make the drawing easier to see, the hatched hatching similar to that of FIG. 24 is applied to the mask layer MK, and dot hatching is performed in the region where impurity ions are implanted by the ion implantation IM1. The photodiode formation scheduled area PDA is indicated by a dotted line. FIG. 30 is a plan view showing the same region as FIG. 29. In order to facilitate understanding of the positional relationship between the element isolation region ST and the p + type semiconductor region PR, FIG. 30 shows the element isolation region ST. The hatched area similar to FIG. 15 is shown with hatching, the area into which impurity ions are implanted by the ion implantation IM1 is shown with dot hatching, and the photodiode formation scheduled area PDA is shown with a dotted line It is.

イオン注入IM1においては、開口部OPから露出する半導体基板SBにp型の不純物イオンが注入されるように、イオン注入を行う。すなわち、溝TR1から露出する半導体基板SBと溝TR2から露出する半導体基板SBとにp型の不純物イオンが注入されるように、イオン注入を行う。   In the ion implantation IM1, ion implantation is performed so that p-type impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB exposed from the opening OP. That is, ion implantation is performed so that p-type impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR1 and the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR2.

このため、イオン注入IM1では、溝TR1から露出する半導体基板SBと溝TR2から露出する半導体基板SBとにp型の不純物イオンが注入されるように、イオン注入の方向を設定する。具体的には、イオン注入IM1は、垂直イオン注入である。   For this reason, in the ion implantation IM1, the direction of ion implantation is set so that p-type impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR1 and the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR2. Specifically, the ion implantation IM1 is vertical ion implantation.

なお、垂直イオン注入とは、イオン注入の方向が半導体基板SBの主面に対して略垂直な方向(すなわち半導体基板SBの主面の法線方向)であるイオン注入のことである。垂直イオン注入では、半導体基板SBの主面に対して、略垂直に不純物イオンが入射する。また、イオン注入の方向とは、そのイオン注入において、半導体基板SBの主面に対して不純物イオン(イオンビーム)が入射する方向に対応している。   Note that the vertical ion implantation is ion implantation in which the direction of ion implantation is a direction substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB (that is, the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB). In the vertical ion implantation, impurity ions are incident substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB. The direction of ion implantation corresponds to the direction in which impurity ions (ion beams) are incident on the main surface of the semiconductor substrate SB in the ion implantation.

このため、イオン注入IM1では、溝TR1からも溝TR2からも、半導体基板SBに対してp型の不純物イオンが注入され得る。つまり、イオン注入IM1では、半導体基板SBにおいて、マスク層MKの直下の領域には不純物イオンが注入されないが、マスク層MKの開口部OPと平面視で重なる領域には、不純物イオンが注入される。これにより、p型半導体領域PRの平面レイアウトは、マスク層MKの開口部OPの平面レイアウトとほぼ同じになる。このため、平面視において、p型半導体領域PRは格子状に形成され、各フォトダイオード形成予定領域PDAはp型半導体領域PRで囲まれることになり、従って、後で形成されるフォトダイオードPDも平面視でp型半導体領域PRに囲まれることになる。 Therefore, in the ion implantation IM1, p-type impurity ions can be implanted into the semiconductor substrate SB from both the trench TR1 and the trench TR2. That is, in the ion implantation IM1, impurity ions are not implanted into the region immediately below the mask layer MK in the semiconductor substrate SB, but impurity ions are implanted into a region overlapping the opening OP of the mask layer MK in plan view. . Thereby, the planar layout of the p + type semiconductor region PR is substantially the same as the planar layout of the opening OP of the mask layer MK. For this reason, in plan view, the p + type semiconductor region PR is formed in a lattice shape, and each photodiode formation planned region PDA is surrounded by the p + type semiconductor region PR. Therefore, a photodiode to be formed later The PD is also surrounded by the p + type semiconductor region PR in plan view.

また、イオン注入IM1でp型半導体領域PRを形成すると、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間をX方向に延在する素子分離領域STの下を、p型半導体領域PRがX方向に延在することになる。このため、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間において、素子分離領域STで周囲を囲まれた活性領域の半導体基板SBに形成されていた部分のp型ウエルPW1は、その直下にp型半導体領域PRが形成されることになる。ここで、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間において、素子分離領域STで周囲を囲まれた活性領域の半導体基板SBに形成されている部分のp型ウエルPW1を、p型ウエルPW3と称することとする。このp型ウエルPW3の下にはp型半導体領域PRがあり、また、このp型ウエルPW3は、平面視において周囲を素子分離領域STで囲まれている。このp型ウエルPW3の表層部には、後述のイオン注入IM2でチャネルドープ層CDが形成され(後述の図36、図38参照)、更にその後で、ソース・ドレイン領域SDが形成される(後述の図51参照)。 Further, by forming the p + -type semiconductor region PR by ion implantation IM1, under the element isolation region ST extending between the photodiode forming region PDA adjacent in the Y direction in the X direction, the p + -type semiconductor region PR Will extend in the X direction. For this reason, between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction, the portion of the p-type well PW1 formed in the semiconductor substrate SB in the active region surrounded by the element isolation region ST is directly below it. A p + type semiconductor region PR will be formed. Here, a portion of the p-type well PW1 formed on the semiconductor substrate SB in the active region surrounded by the element isolation region ST between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the Y direction is defined as a p-type well. It will be referred to as PW3. Under the p-type well PW3 is a p + -type semiconductor region PR, and the p-type well PW3 is surrounded by an element isolation region ST in plan view. On the surface layer portion of the p-type well PW3, a channel dope layer CD is formed by ion implantation IM2 (described later) (see FIGS. 36 and 38 described later), and then a source / drain region SD is formed (described later). FIG. 51).

また、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入IM1の際は、注入エネルギーを変えて複数回、イオン注入を行うことが好ましい。すなわち、p型半導体領域PRを形成するためのイオン注入IM1は、いわゆる多段イオン注入により行うことが好ましい。多段イオン注入では、注入エネルギーが互いに異なる複数回のイオン注入が、同じ平面領域に対して行われる。すなわち、多段イオン注入では、同じ平面領域に対してイオン注入が複数回行われ、それら複数回のイオン注入の注入エネルギーは互いに異なっている。 In the ion implantation IM1 for forming the p + type semiconductor region PR, it is preferable to perform ion implantation a plurality of times while changing the implantation energy. That is, the ion implantation IM1 for forming the p + type semiconductor region PR is preferably performed by so-called multistage ion implantation. In multi-stage ion implantation, a plurality of ion implantations having different implantation energies are performed on the same planar region. That is, in multi-stage ion implantation, ion implantation is performed a plurality of times in the same plane region, and the implantation energies of the plurality of ion implantations are different from each other.

型半導体領域PRを形成するためのイオン注入IM1を多段イオン注入により行う場合も、その多段イオン注入を構成する複数回のイオン注入は、イオン注入の方向は変えずに垂直イオン注入とし、かつ、マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして機能させる。 Even when the ion implantation IM1 for forming the p + -type semiconductor region PR is performed by multistage ion implantation, the multiple ion implantation constituting the multistage ion implantation is vertical ion implantation without changing the ion implantation direction, In addition, the mask layer MK functions as an ion implantation blocking mask.

型半導体領域PRは、半導体基板SBのかなり深い位置にまで形成することが好ましい。このため、一回のイオン注入だけでp型半導体領域PRを形成するよりも、多段イオン注入によってp型半導体領域PRを形成する方が、半導体基板SBのかなり深い位置にまでp型半導体領域PRをより的確に形成することができるようになる。 The p + type semiconductor region PR is preferably formed up to a considerably deep position of the semiconductor substrate SB. Therefore, rather than forming a p + -type semiconductor region PR with only a single ion implantation, who form a p + -type semiconductor region PR by multistage ion implantation, the p + type to a much deeper position of the semiconductor substrate SB The semiconductor region PR can be formed more accurately.

イオン注入IM1を多段イオン注入により行う場合、例えば、100keV程度から2000keV程度まで注入エネルギーを変えながら、注入エネルギーが異なるイオン注入を複数回行うことで、p型半導体領域PRを形成することができる。 When the ion implantation IM1 is performed by multi-stage ion implantation, for example, the p + type semiconductor region PR can be formed by performing ion implantation with different implantation energy multiple times while changing the implantation energy from about 100 keV to about 2000 keV. .

なお、イオン注入IM1を行う際は、上記図28に示されるように、周辺回路領域2A全体がマスク層MKで覆われているため、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには不純物は注入(イオン注入)されない。   When performing the ion implantation IM1, as shown in FIG. 28, since the entire peripheral circuit region 2A is covered with the mask layer MK, impurities are implanted (ion ions) into the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A. Not injected).

次に、図34〜図38に示されるように、マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板SBに対してイオン注入IM2を行う。このイオン注入IM2では、イオン注入IM1で注入する不純物の導電型とは逆の導電型の不純物を、半導体基板SBにイオン注入する。すなわち、イオン注入IM2では、n型の不純物をイオン注入する。   Next, as shown in FIGS. 34 to 38, ion implantation IM2 is performed on the semiconductor substrate SB using the mask layer MK as an ion implantation blocking mask. In this ion implantation IM2, an impurity having a conductivity type opposite to that of the impurity implanted in the ion implantation IM1 is ion implanted into the semiconductor substrate SB. That is, in the ion implantation IM2, n-type impurities are ion-implanted.

図36〜図38では、イオン注入IM2を矢印で模式的に示してある。矢印の方向が不純物イオン(イオンビーム)の進行方向(入射方向)であり、イオン注入の方向に対応している。イオン注入IM2は、斜めイオン注入である。また、イオン注入IM2での注入深さは、イオン注入IM1での注入深さよりも浅い。   36 to 38, the ion implantation IM2 is schematically shown by arrows. The direction of the arrow is the traveling direction (incident direction) of impurity ions (ion beam) and corresponds to the direction of ion implantation. The ion implantation IM2 is oblique ion implantation. Further, the implantation depth in the ion implantation IM2 is shallower than the implantation depth in the ion implantation IM1.

なお、図34は平面図であるが、図面を見やすくするために、マスク層MKに上記図24と同様の斜線のハッチングを付し、イオン注入IM2で不純物イオンが注入される領域にドットのハッチングを付してあり、また、フォトダイオード形成予定領域PDAを、点線で示してある。また、図35は、図34と同じ領域が示されている平面図であるが、素子分離領域STを上記図15と同様の斜線のハッチングを付して示し、イオン注入IM2で不純物イオンが注入される領域をドットのハッチングを付して示してあり、また、フォトダイオード形成予定領域PDAを点線で示してある。   Note that FIG. 34 is a plan view, but in order to make the drawing easier to see, the mask layer MK is hatched in the same manner as in FIG. 24 and dots are hatched in the region where impurity ions are implanted by the ion implantation IM2. The photodiode formation scheduled area PDA is indicated by a dotted line. FIG. 35 is a plan view showing the same region as that in FIG. 34. The element isolation region ST is hatched in the same manner as in FIG. 15 and impurity ions are implanted by ion implantation IM2. The region to be processed is indicated by dot hatching, and the photodiode formation scheduled region PDA is indicated by a dotted line.

また、イオン注入IM2を行う際は、上記図28に示されるように、周辺回路領域2A全体がマスク層MKで覆われているため、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには不純物は注入(イオン注入)されない。   Further, when ion implantation IM2 is performed, as shown in FIG. 28, since the entire peripheral circuit region 2A is covered with the mask layer MK, impurities are implanted into the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A (ion ions). Not injected).

イオン注入IM2では、不純物イオンは、半導体基板SBの主面に対して略垂直に入射するのではなく、斜め方向に不純物イオンが入射するように、イオン注入の角度を設定する。すなわち、イオン注入IM1は、斜めイオン注入である。   In the ion implantation IM2, the ion implantation angle is set so that the impurity ions are not incident substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB but are incident in an oblique direction. That is, the ion implantation IM1 is oblique ion implantation.

なお、斜めイオン注入とは、イオン注入の方向が半導体基板SBの主面の法線方向から傾斜した方向であるイオン注入のことである。斜めイオン注入では、半導体基板SBの主面に対して略垂直ではない斜め方向の入射角で不純物イオンが入射する。また、イオン注入の方向とは、そのイオン注入において、半導体基板SBの主面に対して不純物イオン(イオンビーム)が入射する方向に対応している。   The oblique ion implantation refers to ion implantation in which the direction of ion implantation is a direction inclined from the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB. In the oblique ion implantation, impurity ions are incident at an oblique incident angle that is not substantially perpendicular to the main surface of the semiconductor substrate SB. The direction of ion implantation corresponds to the direction in which impurity ions (ion beams) are incident on the main surface of the semiconductor substrate SB in the ion implantation.

上記イオン注入IM1では、半導体基板SBの主面において、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域と、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域とに対して、p型不純物がイオン注入される。それに対して、イオン注入IM2では、半導体基板SBの主面において、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域に対してはイオン注入されるが、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域に対してはイオン注入されないようにする。   In the ion implantation IM1, on the main surface of the semiconductor substrate SB, with respect to a region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the Y direction and a region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction. , P-type impurities are ion-implanted. On the other hand, in the ion implantation IM2, ions are implanted into the region between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction on the main surface of the semiconductor substrate SB, but adjacent photodiodes in the X direction are formed. Ions are not implanted into the region between the planned regions PDA.

具体的には、上記イオン注入IM1では、垂直イオン注入を適用したため、X方向に延在する溝TR1からも、Y方向に延在する溝TR2からも、半導体基板SBに対して不純物イオンが注入されるため、不純物が注入された平面領域は、開口部OPと平面視でほぼ一致している。一方、イオン注入IM2では、斜めイオン注入を適用し、X方向に延在する溝TR1からは半導体基板SBに対して不純物イオンが注入されるが、溝TR1と交差する部分を除く溝TR2からは、マスク層MKに遮蔽されることで、半導体基板SBに対して不純物イオンが注入されないようする。   Specifically, in the ion implantation IM1, since vertical ion implantation is applied, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB from both the trench TR1 extending in the X direction and the trench TR2 extending in the Y direction. Therefore, the planar region into which the impurity has been implanted substantially coincides with the opening OP in plan view. On the other hand, in the ion implantation IM2, oblique ion implantation is applied, and impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB from the trench TR1 extending in the X direction, but from the trench TR2 excluding a portion intersecting with the trench TR1. The impurity ions are prevented from being implanted into the semiconductor substrate SB by being shielded by the mask layer MK.

このため、イオン注入IM2では、溝TR1から露出される半導体基板SBに対しては、不純物イオンが注入されるが、溝TR1と溝TR2との交差部を除き、溝TR2から露出される半導体基板SBに対しては、マスク層MKによって遮蔽されることで不純物イオンが注入されないように、イオン注入の方向を設定する。   For this reason, in the ion implantation IM2, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR1, but the semiconductor substrate exposed from the trench TR2 except for the intersection of the trench TR1 and the trench TR2. For SB, the direction of ion implantation is set so that impurity ions are not implanted by being shielded by mask layer MK.

具体的には、イオン注入IM2では、X方向に延在する溝TR1から露出される半導体基板SBに対しては、マスク層MKで遮蔽されずに不純物イオンが注入され得るように、イオン注入の方向を、半導体基板SBの主面の法線方向とX方向との両方に平行な平面に対して、平行な方向としている。別の見方をすると、X方向に平行でかつ半導体基板SBの主面に対して直交する平面に対して、平行な方向に、イオン注入の方向を設定している。これにより、イオン注入IM2が斜めイオン注入であっても、X方向に延在する溝TR1の底部で半導体基板SBに不純物イオンを注入することができる。   Specifically, in the ion implantation IM2, the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR1 extending in the X direction is ion-implanted so that impurity ions can be implanted without being shielded by the mask layer MK. The direction is a direction parallel to a plane parallel to both the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB and the X direction. From another viewpoint, the direction of ion implantation is set in a direction parallel to the plane parallel to the X direction and orthogonal to the main surface of the semiconductor substrate SB. Thereby, even if the ion implantation IM2 is oblique ion implantation, impurity ions can be implanted into the semiconductor substrate SB at the bottom of the trench TR1 extending in the X direction.

また、溝TR1と交差する部分を除き、溝TR2から露出する半導体基板SBに対しては、マスク層MKに遮蔽されることで不純物イオンが注入されないようにするためには、tanθ>W/Hが成り立つように、イオン注入IM2におけるイオン注入の傾斜角(ティルト角)θを設定すればよい。これにより、溝TR1と溝TR2との交差部を除き、溝TR2の底部で半導体基板SBに不純物イオンが注入されないようにすることができる。 In order to prevent impurity ions from being implanted into the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR2 except for the portion intersecting the trench TR1, tan θ> W 1 / What is necessary is just to set the inclination angle (tilt angle) θ of ion implantation in the ion implantation IM2 so that H 1 is established. Thereby, impurity ions can be prevented from being implanted into the semiconductor substrate SB at the bottom of the trench TR2 except for the intersection between the trench TR1 and the trench TR2.

従って、イオン注入IM2については、斜めイオン注入を用い、イオン注入の方向を、半導体基板SBの主面の法線方向とX方向との両方に平行な平面に対して、平行な方向にするとともに、tanθ>W/Hが成り立つように、イオン注入IM2におけるイオン注入の傾斜角θを設定することが望ましい。 Therefore, for the ion implantation IM2, oblique ion implantation is used, and the direction of ion implantation is set to a direction parallel to a plane parallel to both the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB and the X direction. It is desirable to set the inclination angle θ of the ion implantation in the ion implantation IM2 so that tan θ> W 1 / H 1 is satisfied.

ここで、Hは、溝TR2の側壁の高さのことであり、図37に示されている。この溝TR2の側壁の高さHは、溝TR2に隣接する位置でのマスク層MKの厚みと一致している。また、Wは、溝TR2の幅Wのことであり、Y方向に延在する溝TR2のX方向の幅(寸法)に対応しており、上記図24と図26と図37に示されている。また、θは、イオン注入IM2におけるイオン注入の傾斜角θのことであり、半導体基板SBの主面の法線方向に対するイオン注入の方向の傾斜角に対応しており、図37に示されている。すなわち、イオン注入IM2において、イオン注入の方向(不純物イオンまたはイオンビームの入射方向)と半導体基板SBの主面の法線方向とが成す角度(交差する角度)が、傾斜角θである。傾斜角θは、ティルト角とも称される。 Here, H 1 is that the height of the side wall of the trench TR2, is shown in Figure 37. The height H 1 of the side walls of the groove TR2 is consistent with the thickness of the mask layer MK at a position adjacent to the groove TR2. W 1 is the width W 1 of the trench TR2 and corresponds to the width (dimension) in the X direction of the trench TR2 extending in the Y direction, which is shown in FIGS. 24, 26, and 37 above. Has been. In addition, θ is an inclination angle θ of ion implantation in the ion implantation IM2, and corresponds to an inclination angle of the direction of ion implantation with respect to the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB, which is shown in FIG. Yes. That is, in the ion implantation IM2, the angle (intersection angle) formed by the direction of ion implantation (incidence direction of impurity ions or ion beam) and the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB is the tilt angle θ. The tilt angle θ is also referred to as a tilt angle.

イオン注入IM2において、半導体基板SBの主面に対する不純物イオン(イオンビーム)の入射角が垂直に近ければ(すなわち傾斜角θが十分に小さければ)、Y方向に延在する溝TR2の底部でも、マスク層MKで遮蔽されずに不純物イオンが注入される。一方、イオン注入IM2において、半導体基板SBの主面に対する不純物イオン(イオンビーム)入射角が十分に小さければ(すなわち傾斜角θが十分に大きければ)、溝TR1と溝TR2の交差部を除き、溝TR2の底部では、マスク層MKに遮蔽されることで不純物イオンが注入されなくなる。イオン注入IM2の傾斜角をθとすると、そのイオン注入IM2における半導体基板SBの主面に対する不純物イオン(イオンビーム)の入射角は、90°−θで表される。このため、tan(90°−θ)≧H/Wとなるようにイオン注入IM2におけるイオン注入の傾斜角θを設定した場合は、溝TR1と溝TR2の交差部以外において、溝TR2の底部の半導体基板SBの少なくとも一部に不純物が注入されてしまう。それに対して、tan(90°−θ)<H/Wが成り立つようにイオン注入IM2の傾斜角θを設定すれば、溝TR1と溝TR2の交差部を除き、溝TR2の底部で半導体基板SBに不純物が注入されないようにすることができる。ここで、tan(90°−θ)=1/tanθであるため、tan(90°−θ)<H/Wは、tanθ>W/Hと等価である。従って、tanθ>W/Hが成り立つようにイオン注入IM2の傾斜角θを設定すれば、溝TR1と溝TR2の交差部を除き、溝TR2の底部において、半導体基板SBに不純物が注入されないようにすることができる。 In the ion implantation IM2, if the incident angle of impurity ions (ion beam) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SB is close to vertical (that is, if the tilt angle θ is sufficiently small), even at the bottom of the trench TR2 extending in the Y direction, Impurity ions are implanted without being shielded by the mask layer MK. On the other hand, in the ion implantation IM2, if the incident angle of the impurity ions (ion beam) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SB is sufficiently small (that is, if the inclination angle θ is sufficiently large), except for the intersection of the trench TR1 and the trench TR2. At the bottom of the trench TR2, impurity ions are not implanted by being shielded by the mask layer MK. When the inclination angle of the ion implantation IM2 is θ, the incident angle of impurity ions (ion beam) with respect to the main surface of the semiconductor substrate SB in the ion implantation IM2 is represented by 90 ° −θ. For this reason, when the inclination angle θ of the ion implantation in the ion implantation IM2 is set so that tan (90 ° −θ) ≧ H 1 / W 1 , the trench TR2 is formed at a portion other than the intersection of the trench TR1 and the trench TR2. Impurities are implanted into at least a part of the bottom semiconductor substrate SB. On the other hand, if the inclination angle θ of the ion implantation IM2 is set so that tan (90 ° −θ) <H 1 / W 1 holds, the semiconductor is formed at the bottom of the trench TR2 except for the intersection of the trench TR1 and the trench TR2. Impurities can be prevented from being implanted into the substrate SB. Here, since tan (90 ° −θ) = 1 / tanθ, tan (90 ° −θ) <H 1 / W 1 is equivalent to tanθ> W 1 / H 1 . Therefore, if the inclination angle θ of the ion implantation IM2 is set so that tan θ> W 1 / H 1 is satisfied, impurities are not implanted into the semiconductor substrate SB at the bottom of the trench TR2, except for the intersection of the trench TR1 and the trench TR2. Can be.

上記イオン注入IM1でp型半導体領域PRを形成するが、半導体基板SBにおいてp型半導体領域PRはかなり深い位置まで形成することが望ましいため、必然的にマスク層MKの厚みは厚くなり、従って溝TR2の側壁の高さHは大きくなる。また、画素領域1Aに形成する画素PUの数を増加させたり、あるいは画素領域1Aの面積の縮小を図るためには、p型半導体領域PRの上記幅Wを小さくすることが必要になるため、溝TR2の幅Wもある程度小さくすることが望ましい。従って、W/Hの値はある程度小さくすることができるため、傾斜角θをそれほど大きくしなくとも、tanθ>W/Hが成り立つようにイオン注入IM2を行うことができる。 Although the p + type semiconductor region PR is formed by the ion implantation IM1, since it is desirable to form the p + type semiconductor region PR up to a considerably deep position in the semiconductor substrate SB, the thickness of the mask layer MK is inevitably increased. Thus the height H 1 of the sidewall of the trench TR2 increases. Further, in order to reduce the area of several to or increase or pixel region 1A, the pixel PU to be formed in the pixel region 1A, it is necessary to reduce the width W 2 of the p + -type semiconductor region PR Therefore, it is desirable to somewhat smaller width W 1 of the groove TR2. Therefore, since the value of W 1 / H 1 can be reduced to some extent, the ion implantation IM 2 can be performed so that tan θ> W 1 / H 1 is satisfied without increasing the inclination angle θ.

また、傾斜角θを大きくし過ぎた場合、アレイ状に配列した複数の画素PUの最外周の画素PUにおいても、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の半導体基板SBにイオン注入IM2で不純物イオンを注入できるようにするには、溝TR2の端部の位置を、フォトダイオード形成予定領域PDAから離す必要が生じる。しかしながら、これは、画素領域1Aの周囲にマージン(周辺回路を形成できない領域)を設けることにつながるため、半導体装置の小型化(小面積化)には不利となる。この観点で、イオン注入IM2の傾斜角θは、tanθ>W/Hが成り立つ範囲で、あまり大きくし過ぎない方が望ましく、例えば30°以下(θ≦30°)とすることが好ましい。また、イオン注入IM2の傾斜角θが30°以下(θ≦30°)であれば、一般的なイオン注入装置を用いて容易かつ的確にイオン注入IM2を行うことができる。 If the inclination angle θ is excessively increased, ion implantation is performed on the semiconductor substrate SB between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction even in the outermost peripheral pixel PU of the plurality of pixels PU arranged in an array. In order to be able to implant impurity ions with IM2, the position of the end of the trench TR2 needs to be separated from the photodiode formation planned area PDA. However, this leads to providing a margin (a region where a peripheral circuit cannot be formed) around the pixel region 1A, which is disadvantageous for downsizing (smaller area) of the semiconductor device. From this viewpoint, it is desirable that the inclination angle θ of the ion implantation IM2 is not too large as long as tan θ> W 1 / H 1 is satisfied. For example, the inclination angle θ is preferably 30 ° or less (θ ≦ 30 °). Further, if the inclination angle θ of the ion implantation IM2 is 30 ° or less (θ ≦ 30 °), the ion implantation IM2 can be performed easily and accurately using a general ion implantation apparatus.

また、イオン注入IM2は、1回のイオン注入により行うことができ、それによってイオン注入IM2に要する時間を短縮でき、半導体装置のスループットを向上することができる。他の形態として、イオン注入IM2を複数回のイオン注入により行うこともできる。その場合、イオン注入IM2を構成する複数回のイオン注入で、イオン注入の方向を同じにする場合と、異ならせる場合とがあり得る。複数回のイオン注入でイオン注入の方向を異ならせる場合は、各イオン注入において、斜めイオン注入を用い、イオン注入の方向を、半導体基板SBの主面の法線方向とX方向との両方に平行な平面に対して、平行な方向にするとともに、tanθ>W/Hが成り立つようにする。 Further, the ion implantation IM2 can be performed by one ion implantation, whereby the time required for the ion implantation IM2 can be shortened and the throughput of the semiconductor device can be improved. As another form, ion implantation IM2 can also be performed by multiple times of ion implantation. In that case, there may be a case where the ion implantation directions are made the same or different in a plurality of ion implantations constituting the ion implantation IM2. When different ion implantation directions are used by multiple ion implantations, oblique ion implantation is used in each ion implantation, and the ion implantation direction is set to both the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate SB and the X direction. A parallel plane is set to a parallel direction, and tan θ> W 1 / H 1 is established.

図34および図35では、イオン注入IM2で不純物イオンが注入される領域にドットのハッチングを付して示してある。図34および図35にも示されるように、イオン注入IM2で不純物が注入された平面領域は、X方向に延在する溝TR1と平面視でほぼ一致している。しかしながら、イオン注入IM2においては、溝TR1と溝T2の交差部を除き、溝TR2と平面視で重なる位置では、半導体基板SBに対して不純物イオンは注入されない。   In FIG. 34 and FIG. 35, the region where the impurity ions are implanted by the ion implantation IM2 is shown by dot hatching. As shown in FIGS. 34 and 35, the planar region into which the impurity is implanted by the ion implantation IM2 is substantially coincident with the trench TR1 extending in the X direction in a plan view. However, in the ion implantation IM2, impurity ions are not implanted into the semiconductor substrate SB at a position overlapping the trench TR2 in a plan view except for the intersection of the trench TR1 and the trench T2.

このため、X方向に延在する溝TR1と平面視で重なる位置では、半導体基板SB(素子分離領域STを含む)に対して、イオン注入IM1で不純物イオンが注入され、かつ、イオン注入IM2でも不純物イオンが注入される。一方、溝TR1と溝TR2の交差部を除き、溝TR2と平面視で重なる位置では、半導体基板SBに対して、イオン注入IM1で不純物イオンが注入されるが、イオン注入IM2では不純物イオンは注入されない。   For this reason, at a position overlapping the trench TR1 extending in the X direction in plan view, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB (including the element isolation region ST) by the ion implantation IM1, and also in the ion implantation IM2. Impurity ions are implanted. On the other hand, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB by the ion implantation IM1 at a position overlapping the trench TR2 in plan view except for the intersection of the trench TR1 and the trench TR2, but the impurity ions are implanted in the ion implantation IM2. Not.

イオン注入IM1は、p型半導体領域PRを形成するために行う。このため、イオン注入IM1では、p型の不純物をイオン注入する。 The ion implantation IM1 is performed to form the p + type semiconductor region PR. For this reason, in the ion implantation IM1, a p-type impurity is ion-implanted.

一方、イオン注入IM2は、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間に後で形成するトランジスタ、具体的には、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域の不純物濃度を調整するために行う。このため、イオン注入IM2は、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間に形成するトランジスタのチャネルドープイオン注入としての機能を有している。イオン注入IM2で増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成用域の不純物濃度を調整することで、それらのトランジスタAMI,SEL,RSTのしきい値電圧を所望の値に制御することができる。   On the other hand, the ion implantation IM2 is an impurity in a transistor to be formed later between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction, specifically, in the channel formation area of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST. This is done to adjust the density. For this reason, the ion implantation IM2 has a function as channel doping ion implantation of a transistor formed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. By adjusting the impurity concentration in the channel formation region of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST by the ion implantation IM2, the threshold voltages of the transistors AMI, SEL, RST are controlled to desired values. be able to.

イオン注入IM2では、n型不純物をイオン注入することが望ましい。なぜなら、イオン注入IM1では、p型不純物をイオン注入するため、そのp型不純物が増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとを形成するための活性領域の半導体基板SBの表層部にもある程度注入されてしまうためである。イオン注入IM1で増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとを形成する活性領域の半導体基板SBの表層部にp型不純物が注入されてしまうと、それらのトランジスタAMI,SEL,RSTのチャネル形成領域のp型不純物濃度が過剰になり、それらのトランジスタAMI,SEL,RSTのしきい値電圧が所望の値からずれてしまう虞がある。   In the ion implantation IM2, it is desirable to ion-implant n-type impurities. This is because, in the ion implantation IM1, p-type impurities are ion-implanted, and the p-type impurities are also applied to the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region for forming the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST. This is because it is injected. If p-type impurities are implanted into the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region where the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are formed by the ion implantation IM1, channel formation of the transistors AMI, SEL, and RST is performed. There is a possibility that the p-type impurity concentration in the region becomes excessive, and the threshold voltages of these transistors AMI, SEL, and RST are shifted from desired values.

このため、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとを形成する活性領域の半導体基板SBの表層部にイオン注入IM1の際に注入されたp型不純物を、イオン注入IM2でn型不純物をイオン注入することにより、補償することができる。イオン注入IM2で注入するn型不純物の量は、所望の値に調整できるので、イオン注入IM1の条件(注入エネルギー、ドーズ量、イオン注入の回数など)を考慮して、イオン注入IM2の条件(注入エネルギー、ドーズ量など)を設定することができる。これにより、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域の不純物濃度を所望の値(最適な値)に制御することができ、それらのトランジスタAMI,SEL,RSTのしきい値電圧を所望の値(最適な値)に制御することができる。   Therefore, the p-type impurity implanted during the ion implantation IM1 into the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region that forms the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST, and the n-type impurity by the ion implantation IM2. Compensation can be achieved by ion implantation. Since the amount of the n-type impurity implanted by the ion implantation IM2 can be adjusted to a desired value, the ion implantation IM2 conditions (implantation energy, dose, number of times of ion implantation, etc.) are taken into consideration. Injection energy, dose, etc.) can be set. Thereby, the impurity concentration in the channel formation region of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST can be controlled to a desired value (optimum value), and the threshold values of these transistors AMI, SEL, RST can be controlled. The voltage can be controlled to a desired value (optimum value).

なお、後で形成する転送トランジスタTXのチャネル形成領域は、溝TR1,TR2とは平面視で重ならずに、マスク層MKで覆われるように、溝TR1,TR2が設計されている。なぜなら、p型半導体領域PRは、平面視で転送トランジスタTXのチャネル形成領域とは重ならないように、転送トランジスタTXのチャネル形成領域からある程度離れるように形成するからである。このため、イオン注入IM1は、転送トランジスタTXのチャネル形成領域の不純物濃度には、ほとんど影響しない。このため、後で形成する転送トランジスタTXのチャネル形成領域には、イオン注入IM1でもイオン注入IM2でも、不純物が注入されないことになるが、イオン注入IM1でp型不純物が注入されないため、イオン注入IM2でn型不純物を注入しなくとも、問題は生じにくい。 Note that the trenches TR1 and TR2 are designed so that the channel formation region of the transfer transistor TX to be formed later is covered with the mask layer MK without overlapping the trenches TR1 and TR2 in plan view. This is because the p + type semiconductor region PR is formed so as to be separated from the channel formation region of the transfer transistor TX to some extent so as not to overlap the channel formation region of the transfer transistor TX in plan view. For this reason, the ion implantation IM1 hardly affects the impurity concentration in the channel formation region of the transfer transistor TX. For this reason, no impurity is implanted into the channel formation region of the transfer transistor TX to be formed later by either the ion implantation IM1 or the ion implantation IM2. However, since the p-type impurity is not implanted by the ion implantation IM1, the ion implantation IM2 Thus, the problem does not easily occur even if n-type impurities are not implanted.

一方、後で形成する増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域は、溝TR1と平面視で重なっているため、マスク層MKで覆われない。もしも、後で形成する増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域が、マスク層MKで覆われるように溝TR1,TR2を設計しようとすると、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔P(上記図5参照)を大きくする必要がある。しかしながら、Y方向に隣り合うフォトダイオードPDの間隔Pを大きくすることは、画素領域1Aに配置できる画素(PU)の数を低減させ、また、画素(PU)の数が同じ場合には、画素領域1Aの面積を増大させることにつながってしまう。このため、後で形成する増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域は、溝TR1と平面視で重なることになる。従って、後で形成する増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとのチャネル形成領域には、イオン注入IM1でp型不純物が注入されてしまう分、イオン注入IM2でn型不純物を注入してp型不純物を補償し、不純物濃度を調整することが必要になる。 On the other hand, the channel formation region of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST, which will be formed later, overlaps with the trench TR1 in plan view and is not covered with the mask layer MK. If the trenches TR1 and TR2 are designed so that the channel formation regions of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST to be formed later are covered with the mask layer MK, the photodiode PD adjacent in the Y direction is formed. It is necessary to increase the interval P 2 (see FIG. 5). However, increasing the distance P 2 of the photodiode PD adjacent in the Y direction, reduces the number of pixels (PU) that can be placed in the pixel region 1A, also when the number of pixels (PU) is the same, This leads to an increase in the area of the pixel region 1A. For this reason, channel formation regions of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST that are formed later overlap with the trench TR1 in plan view. Accordingly, n-type impurities are implanted into the channel formation regions of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST to be formed later by the ion implantation IM2 because the p-type impurities are implanted by the ion implantation IM1. It is necessary to compensate the p-type impurity and adjust the impurity concentration.

また、本実施の形態では、イオン注入IM2において、溝TR1と溝TR2の交差部を除く溝TR2と平面視で重なる位置では、半導体基板SBに対して不純物イオンが注入されないようにしている。すなわち、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域には、イオン注入IM2で不純物が注入されないようにしている。その理由は、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)同士のリークを、できるだけ抑制または防止するためである。   In the present embodiment, in the ion implantation IM2, impurity ions are prevented from being implanted into the semiconductor substrate SB at a position overlapping the trench TR2 excluding the intersection of the trench TR1 and the trench TR2 in plan view. That is, impurities are not implanted into the region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction by the ion implantation IM2. The reason is to suppress or prevent leakage between photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction as much as possible.

すなわち、本実施の形態とは異なり、イオン注入IM2において、溝TR2と平面視で重なる位置で半導体基板SBに対して不純物イオンが注入され、それによって、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域に、イオン注入IM2で不純物が注入された場合を仮定する。しかしながら、この場合、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)同士のリークを増大させる虞がある。すなわち、X方向に隣り合うフォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NW同士は、間にp型の半導体領域(p型ウエルPW1およびp型半導体領域PR)が介在している。もしも、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)の間にイオン注入IM2でn型不純物が注入されてしまうと、X方向に隣り合うフォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NW同士がリークしやすくなる。つまり、X方向に隣り合うn型半導体領域NWの間にn型領域(n型層)が形成されてしまい、そのn型領域を介してリークしやすくなる虞がある。このため、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)の間には、n型不純物が注入されることができるだけ生じないようにすることが望ましい。 That is, unlike the present embodiment, in the ion implantation IM2, impurity ions are implanted into the semiconductor substrate SB at a position overlapping with the trench TR2 in plan view, whereby the photodiode formation scheduled region PDA adjacent in the X direction is formed. It is assumed that an impurity is implanted into the region between by ion implantation IM2. However, in this case, there is a risk of increasing leakage between photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction. That is, the p-type semiconductor regions (p-type well PW1 and p + -type semiconductor region PR) are interposed between the n-type semiconductor regions NW constituting the photodiode PD adjacent in the X direction. If an n-type impurity is implanted by ion implantation IM2 between the photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction, the n-type semiconductor regions NW constituting the photodiode PD adjacent in the X direction. It becomes easy to leak between each other. That is, an n-type region (n-type layer) is formed between the n-type semiconductor regions NW adjacent in the X direction, and there is a possibility that leakage may easily occur through the n-type region. For this reason, it is desirable to prevent the n-type impurity from being implanted as much as possible between the photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction.

それに対して、本実施の形態では、イオン注入IM2において、溝TR1と溝TR2の交差部を除く溝TR2と平面視で重なる位置では、半導体基板SBに対して不純物イオンが注入されないようにしている。このため、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域には、イオン注入IM2で不純物が注入されないで済む。これにより、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)の間に、p型ウエルPW1やp型半導体領域PRとは逆導電型のn型不純物が導入されるのを防ぐことができるため、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)同士のリークを抑制または防止することができる。 On the other hand, in the present embodiment, in the ion implantation IM2, impurity ions are prevented from being implanted into the semiconductor substrate SB at a position overlapping with the trench TR2 excluding the intersection of the trench TR1 and the trench TR2 in plan view. . For this reason, the impurity does not need to be implanted by the ion implantation IM2 in the region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction. This prevents an n-type impurity having a conductivity type opposite to that of the p-type well PW1 or the p + -type semiconductor region PR from being introduced between the photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction. Therefore, leakage between photodiodes PD (n-type semiconductor regions NW) adjacent in the X direction can be suppressed or prevented.

一方、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間には、p型半導体領域PRだけでなく素子分離領域STも形成されている。このため、イオン注入IM2でY方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間にn型不純物が注入されても、X方向に隣り合うフォトダイオードPD(n型半導体領域NW)同士のリークへの影響は少なくて済む。 On the other hand, not only the p + type semiconductor region PR but also the element isolation region ST is formed between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the Y direction. For this reason, even if an n-type impurity is implanted between the photodiode formation scheduled areas PDA adjacent in the Y direction by the ion implantation IM2, leakage to the photodiodes PD (n-type semiconductor areas NW) adjacent in the X direction is prevented. The impact is minimal.

また、p型半導体領域PRは、半導体基板SBの主面からある程度(例えば素子分離領域STの深さ程度)離れて形成することができる。しかしながら、イオン注入IM1においては、飛来した不純物イオンが半導体基板SBに入射する前に溝TR1,TR2の側壁に衝突してエネルギーを減衰し、その後、半導体基板SBに入射する現象が生じ得る。この場合、エネルギーが減衰した不純物イオンは、半導体基板SBの浅い位置に留まり、チャネル形成領域のp型不純物濃度を増大させるように作用してしまう。しかも、イオン注入IM1を多段イオン注入により行うと、イオン注入の回数が多い分、この現象の発生頻度が増加し、チャネル形成領域のp型不純物濃度をますます増大させてしまう。また、p型半導体領域PRは、半導体基板SBのかなり深い位置にまで形成することが望ましいが、その場合、マスク層MKがイオン注入阻止マスクとして機能できるように、マスク層MKの厚みを厚くする必要があり、これは、マスク層MKの溝TR1,TR2の側壁の高さが高くなることにつながる。マスク層MKの溝TR1,TR2の側壁の高さが高くなると、イオン注入IM1において、飛来した不純物イオンが半導体基板SBに入射する前に溝TR1,TR2の側壁に衝突してエネルギーを減衰し、その後、半導体基板SBに入射する現象の発生頻度が増加してしまう。このため、チャネル形成領域のp型不純物濃度をますます増大させてしまう。 Further, the p + type semiconductor region PR can be formed apart from the main surface of the semiconductor substrate SB to some extent (for example, about the depth of the element isolation region ST). However, in the ion implantation IM1, there may occur a phenomenon in which the impurity ions that have come in collide with the sidewalls of the trenches TR1 and TR2 before entering the semiconductor substrate SB to attenuate energy and then enter the semiconductor substrate SB. In this case, the impurity ions whose energy is attenuated remain in a shallow position of the semiconductor substrate SB, and act to increase the p-type impurity concentration in the channel formation region. In addition, if the ion implantation IM1 is performed by multistage ion implantation, the frequency of occurrence of this phenomenon increases as the number of ion implantations increases, and the p-type impurity concentration in the channel formation region increases further. In addition, it is desirable to form the p + type semiconductor region PR up to a considerably deep position of the semiconductor substrate SB. In this case, the mask layer MK is thick so that the mask layer MK can function as an ion implantation blocking mask. This leads to an increase in the height of the side walls of the trenches TR1 and TR2 of the mask layer MK. When the height of the sidewalls of the trenches TR1 and TR2 of the mask layer MK increases, the ion ions IM1 impinge on the sidewalls of the trenches TR1 and TR2 before the incident impurity ions enter the semiconductor substrate SB to attenuate energy. Thereafter, the frequency of occurrence of a phenomenon incident on the semiconductor substrate SB increases. For this reason, the p-type impurity concentration in the channel formation region is further increased.

それに対して、本実施の形態では、溝TR1と平面視で重なる領域において、イオン注入IM2でn型不純物をイオン注入することにより、イオン注入IM1で半導体基板SBの表層部に注入されたp型不純物を補償することができ、半導体基板SBの表層部の不純物濃度を制御することができる。これにより、溝TR1と平面視で重なる領域に後で形成されるトランジスタ(AMI,SEL,RST)のチャネル形成領域の不純物濃度を所望の値(最適な値)に制御することができ、そのトランジスタ(AMI,SEL,RST)のしきい値電圧を所望の値(最適な値)に制御することができる。   On the other hand, in the present embodiment, the p-type implanted into the surface layer portion of the semiconductor substrate SB by the ion implantation IM1 by ion-implanting the n-type impurity by the ion implantation IM2 in the region overlapping the trench TR1 in plan view. Impurities can be compensated, and the impurity concentration of the surface layer portion of the semiconductor substrate SB can be controlled. Thereby, the impurity concentration in the channel formation region of the transistor (AMI, SEL, RST) formed later in the region overlapping with the trench TR1 in plan view can be controlled to a desired value (optimum value). The threshold voltage (AMI, SEL, RST) can be controlled to a desired value (optimum value).

一方、平面視において、X方向と隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDAの間の領域では、トランジスタを形成しないため、イオン注入IM1で半導体基板SBの表層部にp型不純物が注入されたとしても、問題は生じずに済む。   On the other hand, in a plan view, since a transistor is not formed in the region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent to the X direction, even if the p-type impurity is implanted into the surface layer portion of the semiconductor substrate SB by the ion implantation IM1, There is no problem.

なお、図36および図38では、半導体基板SBにおいて、イオン注入IM2によって不純物が導入(注入)された領域(半導体領域)を、チャネルドープ層CDとして示してある。なお、イオン注入IM2において、溝TR1と平面視で重なる領域では、半導体基板SBであっても素子分離領域STであっても、不純物イオンが注入され得る。このため、溝TR1から露出される部分の素子分離領域STの表層部にも、イオン注入IM2で不純物が注入される。   36 and 38, a region (semiconductor region) into which impurities are introduced (implanted) by ion implantation IM2 in the semiconductor substrate SB is shown as a channel dope layer CD. In the ion implantation IM2, in the region overlapping the trench TR1 in plan view, impurity ions can be implanted in the semiconductor substrate SB or the element isolation region ST. Therefore, the impurity is also implanted by the ion implantation IM2 into the surface layer portion of the element isolation region ST exposed from the trench TR1.

図37には、溝TR1ではなく溝TR2を横切る断面が示されているため、図37の断面ではチャネルドープ層CDは形成されない。すなわち、溝TR1と溝TR2との交差部を除き、溝TR2から露出される部分の半導体基板SBにはチャネルドープ層CDは形成されない。   37 shows a cross section that crosses the trench TR2 instead of the trench TR1, the channel dope layer CD is not formed in the cross section of FIG. That is, the channel dope layer CD is not formed on the portion of the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR2 except for the intersection between the trench TR1 and the trench TR2.

図36および図38に示されるように、チャネルドープ層CDは、溝TR1から露出される部分の半導体基板SBの表層部に形成される。チャネルドープ層CDの深さは、素子分離領域STの深さよりも浅いことが好ましい。すなわち、チャネルドープ層CDの底面(下面)は、素子分離領域STの底面(下面)よりも浅いことが好ましい。言い換えると、素子分離領域STの底面(下面)は、チャネルドープ層CDの底面(下面)よりも深いことが好ましい。従って、イオン注入IM2における不純物イオンの注入深さは、素子分離領域STの深さよりも浅いことが好ましい。これにより、イオン注入IM2を行った際に、素子分離領域STの底面(下面)よりも深い位置にはn型不純物イオンが注入されずに済むため、イオン注入IM2で注入されたn型不純物が、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD同士のリークの原因になるのを、防ぐことができる。   As shown in FIGS. 36 and 38, the channel dope layer CD is formed in the surface layer portion of the semiconductor substrate SB exposed from the trench TR1. The depth of the channel dope layer CD is preferably shallower than the depth of the element isolation region ST. That is, the bottom surface (lower surface) of the channel dope layer CD is preferably shallower than the bottom surface (lower surface) of the element isolation region ST. In other words, the bottom surface (lower surface) of the element isolation region ST is preferably deeper than the bottom surface (lower surface) of the channel dope layer CD. Therefore, it is preferable that the impurity ion implantation depth in the ion implantation IM2 is shallower than the element isolation region ST. Thus, when ion implantation IM2 is performed, n-type impurity ions do not need to be implanted deeper than the bottom surface (lower surface) of element isolation region ST. , It is possible to prevent leakage between the photodiodes PD adjacent in the Y direction.

また、イオン注入IM2での注入深さは、イオン注入IM1での注入深さよりも浅くしている。すなわち、半導体基板SBにおいて、イオン注入IM2で不純物イオンが注入される深さは、イオン注入IM1で不純物イオンが注入される深さよりも浅くなっている。つまり、p型半導体領域PRは、チャネルドープ層CDの底面(下面)よりもかなり深い位置まで形成されている。このため、注入する不純物イオンの種類にもよるが、イオン注入IM2の注入エネルギーは、イオン注入IM2の注入エネルギーよりも小さくすることができる。 Further, the implantation depth in the ion implantation IM2 is shallower than the implantation depth in the ion implantation IM1. That is, in the semiconductor substrate SB, the depth at which the impurity ions are implanted by the ion implantation IM2 is shallower than the depth at which the impurity ions are implanted by the ion implantation IM1. That is, the p + type semiconductor region PR is formed to a position that is considerably deeper than the bottom surface (lower surface) of the channel dope layer CD. For this reason, although depending on the type of impurity ions to be implanted, the implantation energy of the ion implantation IM2 can be made smaller than the implantation energy of the ion implantation IM2.

イオン注入IM2での注入深さを、イオン注入IM1での注入深さよりも浅くする理由は、イオン注入IM1で注入されたp型不純物をイオン注入IM2で注入したn型不純物で補償することが求められるのは、トランジスタのチャネル形成領域として機能し得る半導体基板SBの表層部だからである。イオン注入IM2で深い位置までn型不純物イオンを注入してしまうと、溝TR1と平面視で重なる領域にせっかく形成したp型半導体領域PRの不純物濃度が、イオン注入IM2によって低下してしまう虞があり、p型半導体領域PRの機能が低下する虞がある。このため、イオン注入IM2では、注入深さを浅く設定している。 The reason why the implantation depth in the ion implantation IM2 is shallower than the implantation depth in the ion implantation IM1 is to compensate for the p-type impurity implanted in the ion implantation IM1 with the n-type impurity implanted in the ion implantation IM2. This is because the surface layer portion of the semiconductor substrate SB can function as a channel formation region of the transistor. If n-type impurity ions are implanted to a deep position by the ion implantation IM2, the impurity concentration of the p + type semiconductor region PR formed in a region overlapping the trench TR1 in plan view may be lowered by the ion implantation IM2. There is a possibility that the function of the p + type semiconductor region PR may be deteriorated. For this reason, in the ion implantation IM2, the implantation depth is set shallow.

また、本実施の形態では、同じ(共通の)マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて、イオン注入IM1とイオン注入IM2とを行っている。このため、イオン注入IM1とイオン注入IM2とを別々のマスク層(フォトレジストパターン)をイオン注入阻止マスクとして用いて行う場合に比べて、マスク層(フォトレジストパターン)形成工程を減らせる分、半導体装置の製造工程数を低減することができる。すなわち、フォトレジスト層の塗布工程、露光工程、現像工程およびフォトレジスト層の除去工程を減らすことができる。これにより、半導体装置の製造時間を短縮することができる。また、半導体装置の製造コストを低減することができる。また、半導体装置のスループットを向上させることができる。   In the present embodiment, ion implantation IM1 and ion implantation IM2 are performed using the same (common) mask layer MK as an ion implantation blocking mask. For this reason, compared with the case where ion implantation IM1 and ion implantation IM2 are performed using separate mask layers (photoresist patterns) as ion implantation blocking masks, the number of steps for forming the mask layer (photoresist pattern) can be reduced. The number of manufacturing steps of the device can be reduced. That is, it is possible to reduce the photoresist layer coating process, the exposure process, the developing process, and the photoresist layer removing process. Thereby, the manufacturing time of the semiconductor device can be shortened. In addition, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, the throughput of the semiconductor device can be improved.

また、フォトレジストパターンの形成工程とその後の除去工程は、半導体基板SBの削れや汚染を招く虞があるため、できるだけ削減することが望ましい。また、半導体基板SBにフォトダイオードPDのような受光素子(光電変換素子)を形成する場合は、半導体基板SBの表面状態が特性に影響を与えやすいため、フォトレジストパターンの形成工程とその後の除去工程はできるだけ削減して、半導体基板SBの削れや汚染を防ぐことが望ましい。このため、本実施の形態のように、同じ(共通の)マスク層MKを用いて、イオン注入IM1とイオン注入IM2とを行うことで、フォトレジストパターンの形成工程とその後の除去工程を減らすことができるため、フォトレジストパターンの形成工程とその後の除去工程とに起因して半導体基板SBの削れや汚染が生じるのを抑制または防止することができる。これにより、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。また、半導体装置の性能を向上させることができる。   Further, it is desirable to reduce the photoresist pattern forming process and the subsequent removing process as much as possible because the semiconductor substrate SB may be scraped or contaminated. In addition, when a light receiving element (photoelectric conversion element) such as a photodiode PD is formed on the semiconductor substrate SB, the surface state of the semiconductor substrate SB tends to affect the characteristics. It is desirable to reduce the number of processes as much as possible to prevent the semiconductor substrate SB from being scraped or contaminated. Therefore, as in the present embodiment, the ion implantation IM1 and the ion implantation IM2 are performed using the same (common) mask layer MK, thereby reducing the photoresist pattern forming process and the subsequent removal process. Therefore, it is possible to suppress or prevent the semiconductor substrate SB from being scraped or contaminated due to the photoresist pattern forming process and the subsequent removing process. Thereby, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. In addition, the reliability of the semiconductor device can be improved. In addition, the performance of the semiconductor device can be improved.

また、本実施の形態では、マスク層MKを形成した後、イオン注入IM1を先に行ってから、その後でイオン注入IM2を行っている。他の形態として、マスク層MKを形成した後、イオン注入IM2を先に行ってから、その後でイオン注入IM1を行うこともできる。また、イオン注入IM1を多段イオン注入により行う場合は、その多段イオン注入の途中でイオン注入IM2を行うこともできる。いずれにしても、イオン注入IM1とイオン注入IM2とは、同じマスク層MKを用いて行う。但し、イオン注入IM1とイオン注入IM2とは、注入するイオン種が異なり、また、イオン注入の方向が異なるため、イオン注入IM1を多段イオン注入により行う場合であっても、その多段イオン注入の途中でイオン注入IM2を行うのではなく、多段イオン注入全体が終了した後か、あるいは、多段イオン注入を行う前に、イオン注入IM2を行うことが好ましい。これにより、イオン注入IM1,IM2に要する時間や手間を減らすことができる。   In the present embodiment, after the mask layer MK is formed, the ion implantation IM1 is performed first, and then the ion implantation IM2 is performed. As another form, after the mask layer MK is formed, the ion implantation IM2 can be performed first, and then the ion implantation IM1 can be performed. In addition, when the ion implantation IM1 is performed by multistage ion implantation, the ion implantation IM2 can be performed during the multistage ion implantation. In any case, the ion implantation IM1 and the ion implantation IM2 are performed using the same mask layer MK. However, since the ion implantation IM1 and the ion implantation IM2 are different in ion species to be implanted and have different ion implantation directions, even when the ion implantation IM1 is performed by multistage ion implantation, the ion implantation IM1 and the ion implantation IM2 are in the middle of the multistage ion implantation. It is preferable to perform the ion implantation IM2 after the entire multistage ion implantation is completed or before the multistage ion implantation is performed, instead of performing the ion implantation IM2. Thereby, the time and effort which ion implantation IM1, IM2 requires can be reduced.

本実施の形態においては、周辺回路領域2Aに形成するnチャネル型の周辺トランジスタLT用のチャネルドープイオン注入を行う際に、画素領域1Aに形成するトランジスタ(転送トランジスタTX、増幅トランジスタAMI、選択トランジスタSELおよびリセットトランジスタRSTに対応)のチャネルドープイオン注入も一緒に行うこともできる。この場合、もしもイオン注入IM1とイオン注入IM2のどちらも行わなければ、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTのチャネル形成領域の不純物濃度と、画素領域1Aのトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)のチャネル形成領域の不純物濃度とをほぼ同じできる。この場合、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTと画素領域1Aのトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)のしきい値電圧をほぼ同じにすることができる。   In the present embodiment, when performing channel dope ion implantation for the n-channel peripheral transistor LT formed in the peripheral circuit region 2A, the transistors (transfer transistor TX, amplification transistor AMI, selection transistor) formed in the pixel region 1A. Channel doped ion implantation of SEL and reset transistor RST) can be performed together. In this case, if neither ion implantation IM1 nor ion implantation IM2 is performed, the impurity concentration in the channel formation region of the n-channel type peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A and the transistors (TX, AMI, SEL in the pixel region 1A). , RST), the impurity concentration of the channel forming region can be made substantially the same. In this case, the threshold voltages of the n-channel peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A and the transistors (TX, AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A can be made substantially the same.

しかしながら、イオン注入IM1は、隣り合うフォトダイオードPD間の分離用のp型半導体領域PRを形成するために行うものであり、フォトダイオードPDのような光電変換素子を有する半導体装置の信頼性や性能を向上させるには、重要である。このため、本実施の形態では、イオン注入IM1を行ってp型半導体領域PRを形成している。このため、本実施の形態では、イオン注入IM1を行ってp型半導体領域PRを形成することで、イオン注入IM1を行わずにp型半導体領域PRを形成しない場合に比べて、半導体装置の信頼性や性能を向上させることができる。 However, the ion implantation IM1 is performed in order to form a p + type semiconductor region PR for separation between adjacent photodiodes PD, and reliability of a semiconductor device having a photoelectric conversion element such as the photodiode PD is improved. It is important to improve performance. Therefore, in this embodiment, the ion implantation IM1 is performed to form the p + type semiconductor region PR. Therefore, in this embodiment, by forming the p + -type semiconductor region PR by ion implantation IM1, as compared with the case of not forming the p + -type semiconductor region PR without ion implantation IM1, the semiconductor device Reliability and performance can be improved.

しかしながら、もしも、イオン注入IM1は行うが、イオン注入IM2を行わなければ、イオン注入IM1でp型不純物が注入されてしまった分、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTのチャネル形成領域よりも、画素領域1Aのトランジスタ(AMI,SEL,RST)のチャネル形成領域の方が、p型不純物濃度が高くなってしまう。この場合、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTと、画素領域1Aのトランジスタ(AMI,SEL,RST)とで、しきい値電圧が相違してしまい、しきい値電圧の差が大きくなってしまうため、半導体装置内の回路の制御を行いにくくなってしまう。   However, if the ion implantation IM1 is performed but the ion implantation IM2 is not performed, the channel formation region of the n-channel peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A is equivalent to the amount of the p-type impurity implanted by the ion implantation IM1. In contrast, the p-type impurity concentration is higher in the channel formation region of the transistors (AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A. In this case, the threshold voltage differs between the n-channel peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A and the transistors (AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A, and the difference in threshold voltage is large. Therefore, it becomes difficult to control the circuit in the semiconductor device.

それに対して、本実施の形態では、イオン注入IM1を行ってp型半導体領域PRを形成するだけでなく、イオン注入IM2も行っている。このため、画素領域1Aのトランジスタ(AMI,SEL,RST)の活性領域の半導体基板SBの表層部において、イオン注入IM1で注入された分のp型不純物を、イオン注入IM2で注入したn型不純物で補償することができる。これにより、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTのチャネル形成領域の不純物濃度と、画素領域1Aのトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)のチャネル形成領域の不純物濃度とをほぼ同じにすることができるようになる。従って、周辺回路領域2Aのnチャネル型の周辺トランジスタLTと画素領域1Aのトランジスタ(TX,AMI,SEL,RST)のしきい値電圧をほぼ同じにすることができるようになる。このため、半導体装置内の回路の制御を行いやすくなり、半導体装置の性能向上を図ることができる。 On the other hand, in this embodiment, not only the ion implantation IM1 is performed to form the p + type semiconductor region PR but also the ion implantation IM2. For this reason, in the surface layer portion of the semiconductor substrate SB in the active region of the transistor (AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A, the n-type impurity in which the p-type impurity injected by the ion implantation IM1 is implanted by the ion implantation IM2. Can compensate. As a result, the impurity concentration of the channel formation region of the n-channel peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A and the impurity concentration of the channel formation region of the transistor (TX, AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A are substantially the same. Will be able to. Therefore, the threshold voltages of the n-channel peripheral transistor LT in the peripheral circuit region 2A and the transistors (TX, AMI, SEL, RST) in the pixel region 1A can be made substantially the same. For this reason, it becomes easy to control the circuit in the semiconductor device, and the performance of the semiconductor device can be improved.

このようにしてイオン注入IM2を行った後、マスク層MKを除去する。   After performing the ion implantation IM2 in this way, the mask layer MK is removed.

次に、図39〜図43に示されるように、ゲート電極GT,GE,GLを形成する。ゲート電極GT,GE,GLは、半導体基板SB上にゲート絶縁膜GFを介して形成される。ゲート電極GT,GE,GL形成工程は、例えば次のようにして行うことができる。   Next, as shown in FIGS. 39 to 43, gate electrodes GT, GE, and GL are formed. The gate electrodes GT, GE, and GL are formed on the semiconductor substrate SB via the gate insulating film GF. The step of forming the gate electrodes GT, GE, and GL can be performed as follows, for example.

すなわち、まず、半導体基板SBの主面を洗浄処理などにより清浄化してから、半導体基板SBの主面にゲート絶縁膜GF用の絶縁膜(例えば酸化シリコン膜)を熱酸化法などを用いて形成する。それから、半導体基板SB上に、すなわちゲート絶縁膜GF用の絶縁膜上に、ゲート電極用の導電膜(例えばドープトポリシリコン膜)をCVD(Chemical Vapor Deposition)法などを用いて形成した後、このゲート電極用の導電膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングする。これにより、パターニングされた導電膜からなるゲート電極GT,GE,GLを形成することができる。   That is, first, after the main surface of the semiconductor substrate SB is cleaned by a cleaning process or the like, an insulating film (for example, a silicon oxide film) for the gate insulating film GF is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB using a thermal oxidation method or the like. To do. Then, after forming a conductive film for a gate electrode (for example, a doped polysilicon film) on the semiconductor substrate SB, that is, on the insulating film for the gate insulating film GF, using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like, The conductive film for the gate electrode is patterned using a photolithography method and a dry etching method. Thereby, the gate electrodes GT, GE, and GL made of the patterned conductive film can be formed.

ゲート電極GTは、転送トランジスタTXのゲート電極として機能し、画素領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW1)上にゲート絶縁膜GFを介して形成される。また、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとの各ゲート電極GEは、画素領域1Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW3)上にゲート絶縁膜GFを介して形成される。また、周辺トランジスタLTのゲート電極GLは、周辺回路領域2Aにおいて、半導体基板SB(p型ウエルPW4)上にゲート絶縁膜GFを介して形成される。各ゲート電極GT,GE,GLは、一部が素子分離領域ST上に位置していてもよい。   The gate electrode GT functions as a gate electrode of the transfer transistor TX, and is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) via the gate insulating film GF in the pixel region 1A. In addition, each gate electrode GE of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) via the gate insulating film GF in the pixel region 1A. The gate electrode GL of the peripheral transistor LT is formed on the semiconductor substrate SB (p-type well PW4) via the gate insulating film GF in the peripheral circuit region 2A. A part of each gate electrode GT, GE, GL may be located on the element isolation region ST.

次に、図44〜図48に示されるように、画素領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)に、n型半導体領域NWをイオン注入により形成する。n型半導体領域NWは、画素領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)にリン(P)またヒ素(As)などのn型の不純物をイオン注入することによって、形成することができる。   Next, as shown in FIGS. 44 to 48, the n-type semiconductor region NW is formed by ion implantation in the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) in the pixel region 1A. The n-type semiconductor region NW can be formed by ion-implanting n-type impurities such as phosphorus (P) or arsenic (As) into the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) in the pixel region 1A.

n型半導体領域NWは、フォトダイオードPDを形成するためのn型半導体領域であり、n型半導体領域NW(の底面)の深さは、p型ウエルPW1(の底面)の深さよりも浅く、n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成される。n型半導体領域NWは、p型ウエルPW1に内包されるように形成されるため、n型半導体領域NWの底面と側面とは、p型ウエルPW1に接している。   The n-type semiconductor region NW is an n-type semiconductor region for forming the photodiode PD, and the depth of the n-type semiconductor region NW (the bottom surface) is shallower than the depth of the p-type well PW1 (the bottom surface). The n-type semiconductor region NW is formed so as to be enclosed in the p-type well PW1. Since the n-type semiconductor region NW is formed so as to be included in the p-type well PW1, the bottom surface and the side surface of the n-type semiconductor region NW are in contact with the p-type well PW1.

n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入の際には、n型半導体領域NW形成予定領域に開口部を有するフォトレジストパターン(図示せず)を半導体基板SB上に形成しておき、そのフォトレジストパターンをイオン注入阻止マスクとして用いてn型不純物をイオン注入することにより、n型半導体領域NWを形成することができる。この際、画素領域1Aの半導体基板SBにおいて、後でn型半導体領域NRが形成される予定の領域や、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが形成されている活性領域は、フォトレジストパターン(図示せず)で覆われているため、不純物イオンは注入されない。また、この際、周辺回路領域2Aは全体がフォトレジストパターンで覆われているため、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには不純物イオンは注入されない。つまり、n型半導体領域NWを形成するためのイオン注入の際には、n型半導体領域NW形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターン(図示せず)で覆っておき、n型半導体領域NW形成予定領域に選択的にn型不純物をイオン注入する。その後、フォトレジストパターン(図示せず)は除去される。   At the time of ion implantation for forming the n-type semiconductor region NW, a photoresist pattern (not shown) having an opening in the region where the n-type semiconductor region NW is to be formed is formed on the semiconductor substrate SB. An n-type semiconductor region NW can be formed by ion-implanting n-type impurities using the photoresist pattern as an ion implantation blocking mask. At this time, in the semiconductor substrate SB of the pixel region 1A, the region in which the n-type semiconductor region NR is to be formed later, and the active region in which the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are formed Since it is covered with a resist pattern (not shown), impurity ions are not implanted. At this time, since the entire peripheral circuit region 2A is covered with the photoresist pattern, impurity ions are not implanted into the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A. That is, at the time of ion implantation for forming the n-type semiconductor region NW, the semiconductor substrate SB other than the region where the n-type semiconductor region NW is to be formed is covered with a photoresist pattern (not shown). An n-type impurity is selectively ion-implanted into the region NW formation scheduled region. Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.

次に、画素領域1Aの半導体基板SBに、p型半導体領域HPをイオン注入により形成する。p型半導体領域HPは、画素領域1Aの半導体基板SB(p型ウエルPW1)にホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することによって、形成することができる。 Next, ap + type semiconductor region HP is formed in the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A by ion implantation. The p + type semiconductor region HP can be formed by ion-implanting a p-type impurity such as boron (B) into the semiconductor substrate SB (p-type well PW1) in the pixel region 1A.

型半導体領域HPは、p型不純物が高濃度で導入(ドープ)されたp型の半導体領域であり、p型半導体領域HPの不純物濃度(p型不純物濃度)は、p型ウエルPW1の不純物濃度(p型不純物濃度)よりも高い。p型半導体領域HP(の底面)の深さは、n型半導体領域NW(の底面)の深さよりも浅く、p型半導体領域HPは、主として、n型半導体領域NWの表層部分に形成される。 p + -type semiconductor region HP is, p-type impurity is a semiconductor region of p + -type introduced (doped) at a high concentration, impurity concentration (p-type impurity concentration) of the p + -type semiconductor region HP is, p-type well It is higher than the impurity concentration of PW1 (p-type impurity concentration). The depth of the p + type semiconductor region HP (bottom surface) is shallower than the depth of the n type semiconductor region NW (bottom surface), and the p + type semiconductor region HP is mainly formed in the surface layer portion of the n type semiconductor region NW. Is done.

型半導体領域HPを形成するためのイオン注入の際には、p型半導体領域HP形成予定領域に開口部を有するフォトレジストパターン(図示せず)を半導体基板SB上に形成しておき、そのフォトレジストパターンをイオン注入阻止マスクとして用いてp型不純物をイオン注入することにより、p型半導体領域HPを形成することができる。この際、画素領域1Aの半導体基板SBにおいて、後でn型半導体領域NRが形成される予定の領域や、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとが形成されている活性領域は、フォトレジストパターン(図示せず)で覆われているため、不純物イオンは注入されない。また、この際、周辺回路領域2Aは全体がフォトレジストパターンで覆われているため、周辺回路領域2Aの半導体基板SBには不純物イオンは注入されない。つまり、p型半導体領域HPを形成するためのイオン注入の際には、p型半導体領域HP形成予定領域以外の半導体基板SBは、フォトレジストパターン(図示せず)で覆っておき、p型半導体領域HP形成予定領域に選択的にp型不純物をイオン注入する。その後、フォトレジストパターン(図示せず)は除去される。 during the ion implantation for forming the p + -type semiconductor region HP is previously formed photoresist pattern having an opening in the p + -type semiconductor region HP formation region (not shown) on the semiconductor substrate SB The p + type semiconductor region HP can be formed by ion-implanting p-type impurities using the photoresist pattern as an ion implantation blocking mask. At this time, in the semiconductor substrate SB of the pixel region 1A, the region in which the n-type semiconductor region NR is to be formed later, and the active region in which the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are formed Since it is covered with a resist pattern (not shown), impurity ions are not implanted. At this time, since the entire peripheral circuit region 2A is covered with the photoresist pattern, impurity ions are not implanted into the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A. That is, when the ion implantation for forming the p + -type semiconductor region HP includes a semiconductor substrate SB other than p + -type semiconductor region HP formation region is previously covered with the photoresist pattern (not shown), p A p-type impurity is selectively ion-implanted into the region where the + -type semiconductor region HP is to be formed. Thereafter, the photoresist pattern (not shown) is removed.

p型ウエルPW1とn型半導体領域NWとp型半導体領域HPとによって、フォトダイオード(PN接合ダイオード)PDが形成される。 A photodiode (PN junction diode) PD is formed by the p-type well PW1, the n-type semiconductor region NW, and the p + -type semiconductor region HP.

型半導体領域HPをイオン注入によって形成した後、結晶欠陥(主としてイオン注入に起因した結晶欠陥)を回復させるためのアニール処理、すなわち熱処理を行うことが好ましい。このアニール処理により、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域HPなどの結晶欠陥を回復させることができる。また、このアニール処理によって、イオン注入された領域(例えばn型半導体領域NWおよびp型半導体領域HP)の結晶欠陥が回復するとともに、注入された不純物を活性化させることもできる。 After the p + type semiconductor region HP is formed by ion implantation, it is preferable to perform an annealing process for recovering crystal defects (mainly crystal defects caused by ion implantation), that is, heat treatment. By this annealing treatment, crystal defects such as the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region HP can be recovered. In addition, this annealing treatment can recover crystal defects in the ion-implanted regions (for example, the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region HP), and can also activate the implanted impurities.

次に、図49〜図52に示されるように、n型半導体領域NRと、増幅トランジスタAMIと選択トランジスタSELとリセットトランジスタRSTとの各ソース・ドレイン領域SDと、周辺トランジスタLTのソース・ドレイン領域SDLとを形成する。n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SDおよびソース・ドレイン領域SDLは、それぞれ、n型不純物のイオン注入により形成することができる。n型半導体領域NRとソース・ドレイン領域SDとソース・ドレイン領域SDLとは、同じイオン注入により形成しても、異なるイオン注入により形成してもよく、いずれにしても、半導体基板SBに対してn型不純物をイオン注入することにより形成される。   Next, as shown in FIGS. 49 to 52, the n-type semiconductor region NR, the source / drain regions SD of the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST, and the source / drain regions of the peripheral transistor LT SDL is formed. The n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, and the source / drain region SDL can be formed by ion implantation of n-type impurities, respectively. The n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, and the source / drain region SDL may be formed by the same ion implantation or different ion implantation, and in any case, with respect to the semiconductor substrate SB. It is formed by ion implantation of n-type impurities.

また、イオン注入により低不純物濃度のn型のエクステンション領域を形成してから、ゲート電極GT,GE,GLの側壁上にサイドウォールスペーサと称される側壁絶縁膜を形成し、その後、イオン注入によりn型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SDおよびソース・ドレイン領域SDLを形成することもできる。この場合、n型半導体領域NRとソース・ドレイン領域SDとソース・ドレイン領域SDLとは、LDD構造を有したものとなる。また、n型半導体領域NRとソース・ドレイン領域SDとソース・ドレイン領域SDLとにおいて、LDD構造を適用したものと適用しないものとを混在させることもできる。   Further, after forming an n-type extension region having a low impurity concentration by ion implantation, a sidewall insulating film called a sidewall spacer is formed on the sidewalls of the gate electrodes GT, GE, GL, and then ion implantation is performed. The n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, and the source / drain region SDL can also be formed. In this case, the n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, and the source / drain region SDL have an LDD structure. Further, in the n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, and the source / drain region SDL, those to which the LDD structure is applied and those to which the LDD structure is not applied can be mixed.

n型半導体領域NRは、ゲート電極GTの両側のうちのドレイン側の半導体基板SB(p型ウエルPW1)中に形成される。なお、ドレイン側は、n型半導体領域NWが形成されている側とは反対側に対応している。また、ソース・ドレイン領域SDは、ゲート電極GEの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW3)中に形成される。また、ソース・ドレイン領域SDLは、ゲート電極GLの両側の半導体基板SB(p型ウエルPW4)中に形成される。   The n-type semiconductor region NR is formed in the drain-side semiconductor substrate SB (p-type well PW1) on both sides of the gate electrode GT. The drain side corresponds to the side opposite to the side where the n-type semiconductor region NW is formed. The source / drain regions SD are formed in the semiconductor substrate SB (p-type well PW3) on both sides of the gate electrode GE. The source / drain regions SDL are formed in the semiconductor substrate SB (p-type well PW4) on both sides of the gate electrode GL.

次に、これまでのイオン注入で導入した不純物の活性化のためのアニール処理(熱処理)を行う。   Next, annealing treatment (heat treatment) for activating the impurities introduced by the conventional ion implantation is performed.

このようにして、画素領域1Aの半導体基板SBに、フォトダイオードPD、転送トランジスタTX、増幅トランジスタAMI、選択トランジスタSELおよびリセットトランジスタRSTが形成され、周辺回路領域2Aの半導体基板SBに、周辺トランジスタLTが形成される。   In this manner, the photodiode PD, the transfer transistor TX, the amplification transistor AMI, the selection transistor SEL, and the reset transistor RST are formed on the semiconductor substrate SB in the pixel region 1A, and the peripheral transistor LT is formed on the semiconductor substrate SB in the peripheral circuit region 2A. Is formed.

次に、上記図10〜図14に示されるように、半導体基板SBの主面上に絶縁膜を形成してから、この絶縁膜をフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、画素領域1Aにキャップ絶縁膜(保護膜)CPを形成する。キャップ絶縁膜CPは、例えば酸化シリコン膜などにより形成することができる。他の形態として、キャップ絶縁膜CPを、n型半導体領域NWおよびp型半導体領域HPを形成した後で、かつ、n型半導体領域NRおよびソース・ドレイン領域SD,SDLを形成する前に、形成することもできる。 Next, as shown in FIGS. 10 to 14, an insulating film is formed on the main surface of the semiconductor substrate SB, and then the insulating film is patterned using a photolithography method and a dry etching method, A cap insulating film (protective film) CP is formed in the pixel region 1A. The cap insulating film CP can be formed of, for example, a silicon oxide film. As another form, the cap insulating film CP is formed after the n-type semiconductor region NW and the p + -type semiconductor region HP are formed, and before the n-type semiconductor region NR and the source / drain regions SD and SDL are formed. It can also be formed.

次に、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)技術により、n型半導体領域NR、ソース・ドレイン領域SD、ソース・ドレイン領域SDLおよびゲート電極GT,GE,GLの各上部などに、ニッケルシリサイドまたはコバルトシリサイドなどからなる低抵抗の金属シリサイド層(図示せず)を形成することもできる。この金属シリサイド層を形成することにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗などを低抵抗化することができる。   Next, nickel silicide or cobalt silicide is formed on the n-type semiconductor region NR, the source / drain region SD, the source / drain region SDL, and the gate electrodes GT, GE, and GL by using salicide (Salicide: Self Aligned Silicide) technology. It is also possible to form a low-resistance metal silicide layer (not shown) made of the above. By forming this metal silicide layer, diffusion resistance, contact resistance, and the like can be reduced.

次に、上記図10〜図14に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、ゲート電極GT,GE,GLおよびキャップ絶縁膜CPを覆うように、絶縁膜として層間絶縁膜IL1を形成する。層間絶縁膜IL1の成膜後、層間絶縁膜IL1の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法により研磨するなどして、層間絶縁膜IL1の上面を平坦化することもできる。   Next, as shown in FIGS. 10 to 14, an interlayer is formed as an insulating film so as to cover the gate electrodes GT, GE, GL and the cap insulating film CP on the main surface (entire main surface) of the semiconductor substrate SB. An insulating film IL1 is formed. After the formation of the interlayer insulating film IL1, the upper surface of the interlayer insulating film IL1 can be planarized by polishing the surface of the interlayer insulating film IL1 by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

次に、上記図10〜図14に示されるように、層間絶縁膜IL1上に形成したフォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとして用いて、層間絶縁膜IL1をドライエッチングすることにより、層間絶縁膜IL1にコンタクトホール(貫通孔)を形成する。それから、層間絶縁膜IL1のコンタクトホール内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する。プラグPGは、例えば、層間絶縁膜IL1上に、コンタクトホール内を埋め込むようにプラグPG用の導電膜を形成してから、コンタクトホールの外部の不要な導電膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、形成することができる。   Next, as shown in FIGS. 10 to 14, the interlayer insulating film IL1 is dry-etched using a photoresist pattern (not shown) formed on the interlayer insulating film IL1 as an etching mask, so that the interlayer A contact hole (through hole) is formed in the insulating film IL1. Then, a conductive plug PG made of tungsten (W) or the like is formed as a conductor portion for connection in the contact hole of the interlayer insulating film IL1. For the plug PG, for example, a conductive film for the plug PG is formed on the interlayer insulating film IL1 so as to fill the contact hole, and then an unnecessary conductive film outside the contact hole is formed by a CMP method or an etch back method. It can be formed by removing.

次に、上記図10〜図14に示されるように、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2〜IL4および配線M1〜M3を形成する。   Next, as shown in FIGS. 10 to 14, interlayer insulating films IL2 to IL4 and wirings M1 to M3 are formed on the interlayer insulating film IL1 in which the plug PG is embedded.

例えば、層間絶縁膜IL1上に、層間絶縁膜IL2を形成してから、その層間絶縁膜IL2に、フォトリソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて配線溝を形成する。それから、配線溝の底面および内壁上を含む層間絶縁膜IL2上にバリア導体膜を形成してから、バリア導体膜上にシード膜として薄い銅膜をスパッタリング法などで堆積した後、電解めっき法によりシード膜上に主導体膜として銅めっき膜を堆積し、この銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。その後、配線溝の外部の不要な銅めっき膜、シード膜およびバリア導体膜をCMP法などにより除去することにより、配線溝内に、第1層目の配線M1を形成することができる。   For example, after forming the interlayer insulating film IL2 over the interlayer insulating film IL1, a wiring trench is formed in the interlayer insulating film IL2 using a photolithography technique and a dry etching technique. Then, after forming a barrier conductor film on the interlayer insulating film IL2 including the bottom surface and inner wall of the wiring trench, a thin copper film as a seed film is deposited on the barrier conductor film by a sputtering method or the like, and then by an electrolytic plating method. A copper plating film is deposited as a main conductor film on the seed film, and the inside of the wiring trench is filled with this copper plating film. Thereafter, unnecessary copper plating film, seed film and barrier conductor film outside the wiring trench are removed by CMP or the like, whereby the first layer wiring M1 can be formed in the wiring trench.

更に、同様にして、上記図10〜図14に示されるように、配線M1を形成した層間絶縁膜IL2上に層間絶縁膜IL3を形成し、層間絶縁膜IL3中に配線M2を形成し、配線M2を形成した層間絶縁膜IL3上に層間絶縁膜IL4を形成し、層間絶縁膜IL4中に配線M3を形成する。配線M1は、シングルダマシン法により形成したが、配線M2および配線M3は、シングルダマシン法またはデュアルダマシン法により形成することができる。   Further, similarly, as shown in FIGS. 10 to 14, the interlayer insulating film IL3 is formed on the interlayer insulating film IL2 on which the wiring M1 is formed, and the wiring M2 is formed in the interlayer insulating film IL3. An interlayer insulating film IL4 is formed on the interlayer insulating film IL3 on which M2 is formed, and a wiring M3 is formed in the interlayer insulating film IL4. The wiring M1 is formed by a single damascene method, but the wiring M2 and the wiring M3 can be formed by a single damascene method or a dual damascene method.

なお、層間絶縁膜IL3中には、配線M2と配線M1との間に配置されて配線M2と配線M1とを接続するビア部も形成され、層間絶縁膜IL4中には、配線M3と配線M2との間に配置されて配線M3と配線M2とを接続するビア部も形成される。   In the interlayer insulating film IL3, a via portion that is disposed between the wiring M2 and the wiring M1 and connects the wiring M2 and the wiring M1 is also formed. In the interlayer insulating film IL4, the wiring M3 and the wiring M2 are formed. Is also formed between the wiring M3 and the wiring M2.

次に、最上層の層間絶縁膜IL4上に、フォトダイオードPDを構成するn型半導体領域NWと平面視において重なるように、オンチップレンズとしてのマイクロレンズ(図示せず)を取り付けることもできる。また、マイクロレンズと層間絶縁膜IL4との間にカラーフィルタを設けてもよい。   Next, a microlens (not shown) as an on-chip lens can be attached on the uppermost interlayer insulating film IL4 so as to overlap the n-type semiconductor region NW constituting the photodiode PD in plan view. Further, a color filter may be provided between the microlens and the interlayer insulating film IL4.

以上の工程により、本実施の形態の半導体装置を製造することができる。   Through the above steps, the semiconductor device of this embodiment can be manufactured.

また、本実施の形態では、フォトダイオードPD(n型半導体領域NW)に蓄積されて転送トランジスタTXによってフローティングディフュージョンFD(n型半導体領域NR)に転送される電荷は、電子である。他の形態として、本実施の形態で説明した導電型を反対にすることも可能であり、その場合、フォトダイオードPDに蓄積されて転送トランジスタTXによってフローティングディフュージョンFDに転送される電荷は、正孔(ホール)になる。但し、正孔(ホール)よりも電子の方が移動度が高いため、本実施の形態を適用し、フォトダイオードPDに蓄積されて転送トランジスタTXによってフローティングディフュージョンFDに転送される電荷を電子とする方が、より好ましい。   In the present embodiment, the charges accumulated in the photodiode PD (n-type semiconductor region NW) and transferred to the floating diffusion FD (n-type semiconductor region NR) by the transfer transistor TX are electrons. As another form, the conductivity types described in this embodiment can be reversed. In that case, the charge accumulated in the photodiode PD and transferred to the floating diffusion FD by the transfer transistor TX is a hole. (Hall). However, since electrons have higher mobility than holes, the present embodiment is applied, and the charges accumulated in the photodiode PD and transferred to the floating diffusion FD by the transfer transistor TX are defined as electrons. Is more preferable.

<主要な特徴と効果について>
本実施の形態の各種の特徴と効果については既に上述しているが、ここでは主要な特徴のうちの一部について、説明する。
<Main features and effects>
The various features and effects of the present embodiment have already been described above, but here, some of the main features will be described.

本実施の形態の半導体装置は、半導体基板SBと、半導体基板SBの主面にX方向およびX方向に交差するY方向にアレイ状に配置された複数のフォトダイオードPDと、半導体基板SBに各フォトダイオードPDを平面視で囲むように形成されたp型半導体領域PRと、半導体基板SBの主面のY方向に隣り合うフォトダイオードPD間に配置された複数のトランジスタとを有している。フォトダイオードPDは、光電変換素子として形成されている。 The semiconductor device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate SB, a plurality of photodiodes PD arranged in an array in the X direction and the Y direction intersecting the X direction on the main surface of the semiconductor substrate SB, and a semiconductor substrate SB. It has ap + type semiconductor region PR formed so as to surround the photodiode PD in plan view, and a plurality of transistors arranged between the photodiodes PD adjacent in the Y direction on the main surface of the semiconductor substrate SB. . The photodiode PD is formed as a photoelectric conversion element.

そして、本実施の形態の半導体装置の製造工程は、半導体基板SB上に、p型半導体領域PRが形成される予定領域を開口する開口部OPを有するマスク層MKを形成する工程と、このマスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板SBにp型不純物をイオン注入することにより、半導体基板SBにp型半導体領域PRを形成する工程(イオン注入IM1)とを有している。半導体装置の製造工程は、更に、マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて、半導体基板SBにn型の不純物をイオン注入する工程(イオン注入IM2)を有している。そして、マスク層MKをイオン注入阻止マスクとして用いて半導体基板SBにn型の不純物をイオン注入する工程(イオン注入IM2)では、半導体基板SBの主面において、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第1領域に対してはイオン注入されるが、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第2領域に対してはイオン注入されない。 The manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment includes a process of forming a mask layer MK having an opening OP that opens a region where a p + type semiconductor region PR is to be formed on the semiconductor substrate SB. A step (ion implantation IM1) of forming a p + type semiconductor region PR in the semiconductor substrate SB by ion-implanting p-type impurities into the semiconductor substrate SB using the mask layer MK as an ion implantation blocking mask. . The manufacturing process of the semiconductor device further includes a step (ion implantation IM2) of ion-implanting n-type impurities into the semiconductor substrate SB using the mask layer MK as an ion implantation blocking mask. In the step of ion-implanting n-type impurities into the semiconductor substrate SB using the mask layer MK as an ion implantation blocking mask (ion implantation IM2), between the photodiodes PD adjacent in the Y direction on the main surface of the semiconductor substrate SB. Ions are implanted into the first region corresponding to this region, but ions are not implanted into the second region corresponding to the region between the photodiodes PD adjacent in the X direction.

本実施の形態では、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第1領域に対しては、上記n型の不純物をイオン注入する工程(イオン注入IM2)でn型不純物が注入されるため、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間に配置するトランジスタの特性を制御することができる。例えば、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間に配置したトランジスタのチャネル形成領域の不純物濃度を調整して、しきい値電圧を所望の値に制御することができる。一方、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第2領域に対しては、上記n型の不純物をイオン注入する工程(イオン注入IM2)でn型不純物が注入されないため、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間のp型半導体領域PRの機能を、n型不純物の注入が低下させてしまうのを防止することができる。従って、半導体装置の性能を向上させることができ、また、信頼性を向上させることができる。また、p型半導体領域PRを形成するためのp型不純物のイオン注入(イオン注入IM1)と、n型の不純物のイオン注入(イオン注入IM2)とを、同じマスク層MKを用いて行っている。このため、半導体装置の製造工程数を低減することができる。従って、半導体装置の製造コストを低減することができる。また、イオン注入用のマスク層を形成する工程とその除去工程とを減らすことができるため、半導体基板SBの削れや汚染が生じるのを抑制または防止することができる。このため、半導体装置の製造歩留まりを向上させることができる。また、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 In the present embodiment, the n-type impurity is implanted into the first region corresponding to the region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction in the step of ion-implanting the n-type impurity (ion implantation IM2). Therefore, the characteristics of the transistor disposed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction can be controlled. For example, the threshold voltage can be controlled to a desired value by adjusting the impurity concentration in the channel formation region of the transistor disposed between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. On the other hand, since the n-type impurity is not implanted into the second region corresponding to the region between the photodiodes PD adjacent in the X-direction in the step of ion-implanting the n-type impurity (ion implantation IM2), the X-direction The function of the p + type semiconductor region PR between the photodiodes PD adjacent to each other can be prevented from being lowered by the implantation of n type impurities. Therefore, the performance of the semiconductor device can be improved and the reliability can be improved. Also, ion implantation (ion implantation IM1) of p-type impurities and ion implantation (ion implantation IM2) of n-type impurities for forming the p + -type semiconductor region PR are performed using the same mask layer MK. Yes. For this reason, the number of manufacturing steps of the semiconductor device can be reduced. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced. In addition, since the step of forming a mask layer for ion implantation and the removal step thereof can be reduced, it is possible to suppress or prevent the semiconductor substrate SB from being scraped or contaminated. For this reason, the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. In addition, the reliability of the semiconductor device can be improved.

なお、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域と、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDA間の領域とは、実質的に一致しており、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域と、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDA間の領域とは、実質的に一致している。このため、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第1領域とは、フォトダイオードPD形成前の段階であれば、Y方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDA間の領域のことであり、フォトダイオードPD形成後の段階であれば、Y方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域のことである。また、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域に対応する第2領域とは、フォトダイオードPD形成前の段階であれば、X方向に隣り合うフォトダイオード形成予定領域PDA間の領域のことであり、フォトダイオードPD形成後の段階であれば、X方向に隣り合うフォトダイオードPD間の領域のことである。   Note that the region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction and the region between the photodiode formation target regions PDA adjacent in the Y direction substantially coincide, and between the photodiodes PD adjacent in the X direction. The region substantially coincides with the region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction. For this reason, the first region corresponding to the region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction is a region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the Y direction at the stage before the photodiode PD is formed. In the stage after the formation of the photodiode PD, it is a region between the photodiodes PD adjacent in the Y direction. The second region corresponding to the region between the photodiodes PD adjacent in the X direction is a region between the photodiode formation scheduled regions PDA adjacent in the X direction at the stage before the photodiode PD is formed. Yes, in the stage after the formation of the photodiode PD, it is a region between the photodiodes PD adjacent in the X direction.

更に、本実施の形態では、上述したように、各構成要素の構成やレイアウト、イオン注入IM1、イオン注入IM2およびマスク層MKなどに関連して、種々の工夫を施しているが、ここではその繰り返しの説明は省略する。   Furthermore, in this embodiment, as described above, various devices are provided in relation to the configuration and layout of each component, the ion implantation IM1, the ion implantation IM2, the mask layer MK, and the like. The repeated explanation is omitted.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

1A 画素領域
2A 周辺回路領域
AC 活性領域
AMI 増幅トランジスタ
AP 出力アンプ
CHP チップ領域
CLC 列回路
CP キャップ絶縁膜
EP 半導体層
FD フローティングディフュージョン
GE,GL,GT ゲート電極
GF ゲート絶縁膜
GND 接地電位
HP p型半導体領域
HSC 水平走査回路
IL1,IL2,IL3,IL4 層間絶縁膜
LRST リセット線
LT 周辺トランジスタ
LTX,LTX1,LTX2 転送線
M1,M2,M3 配線
MK マスク層
N1 ノード
NR,NW n型半導体領域
OL 出力線
OP 開口部
PD,PD1,PD2 フォトダイオード
PDA フォトダイオード形成予定領域
PG プラグ
PR p型半導体領域
PU 画素
PW1,PW3,PW4 p型ウエル
PW2 p型半導体層
RST リセットトランジスタ
SB 半導体基板
SB1 基板本体
SD,SDL ソース・ドレイン領域
SEL 選択トランジスタ
SL 選択線
SS 支持基板
ST 素子分離領域
SWT スイッチ
TR1,TR2 溝
TX 転送トランジスタ
VDD 電源電位
VSC 垂直走査回路
WF 半導体ウエハ
1A Pixel area 2A Peripheral circuit area AC Active area AMI Amplifying transistor AP Output amplifier CHP Chip area CLC Column circuit CP Cap insulating film EP Semiconductor layer FD Floating diffusion GE, GL, GT Gate electrode GF Gate insulating film GND Ground potential HP p + type Semiconductor region HSC Horizontal scanning circuit IL1, IL2, IL3, IL4 Interlayer insulating film LRST Reset line LT Peripheral transistor LTX, LTX1, LTX2 Transfer line M1, M2, M3 Wiring MK Mask layer N1 Node NR, NW n-type semiconductor region OL Output line OP opening PD, PD1, PD2 photodiodes PDA photodiode formation region PG plug PR p + -type semiconductor regions PU pixel PW1, PW3, PW4 p-type well PW2 p + -type semiconductor layer RST reset transitional scan SB semiconductor substrate SB1 substrate body SD, SDL source-drain regions SEL select transistor SL selection line SS supporting substrate ST isolation region SWT switch TR1, TR2 groove TX transfer transistor VDD supply potential VSC vertical scanning circuit WF semiconductor wafer

Claims (19)

半導体基板と、前記半導体基板の主面に第1方向および前記第1方向に交差する第2方向にアレイ状に配置された複数の光電変換素子と、前記半導体基板に前記各光電変換素子を平面視で囲むように形成された第1導電型の第1半導体領域と、前記半導体基板の主面の前記第2方向に隣り合う前記光電変換素子間に配置された複数のトランジスタと、を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)前記半導体基板を用意する工程、
(b)前記半導体基板に前記第1導電型の前記第1半導体領域を形成する工程、
(c)前記半導体基板に、前記第1導電型とは逆の第2導電型の第2半導体領域をそれぞれ有する前記複数の光電変換素子と、前記複数のトランジスタとを形成する工程、
を有し、
前記(b)工程は、
(b1)前記第1半導体領域が形成される予定領域を開口する開口部を有するマスク層を、前記半導体基板上に形成する工程、
(b2)前記マスク層をイオン注入阻止マスクとして用いて前記半導体基板に前記第1導電型の不純物をイオン注入することにより、前記半導体基板に前記第1導電型の前記第1半導体領域を形成する工程、
を含み、
更に、
(d)前記マスク層をイオン注入阻止マスクとして用いて、前記半導体基板に前記第2導電型の不純物をイオン注入する工程、
を有し、
前記(d)工程では、前記半導体基板の主面において、前記第2方向に隣り合う前記光電変換素子間の領域に対応する第1領域に対してはイオン注入されるが、前記第1方向に隣り合う前記光電変換素子間の領域に対応する第2領域に対してはイオン注入されない、半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate, a plurality of photoelectric conversion elements arranged in an array in a first direction and a second direction intersecting the first direction on the main surface of the semiconductor substrate, and each photoelectric conversion element on the semiconductor substrate in a plane A semiconductor having a first semiconductor region of a first conductivity type formed so as to be surrounded by a view, and a plurality of transistors arranged between the photoelectric conversion elements adjacent to each other in the second direction of the main surface of the semiconductor substrate A device manufacturing method comprising:
(A) preparing the semiconductor substrate;
(B) forming the first conductivity type first semiconductor region on the semiconductor substrate;
(C) forming the plurality of photoelectric conversion elements each having a second semiconductor region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type and the plurality of transistors on the semiconductor substrate;
Have
The step (b)
(B1) forming on the semiconductor substrate a mask layer having an opening for opening a region where the first semiconductor region is to be formed;
(B2) The first conductivity type first semiconductor region is formed in the semiconductor substrate by ion-implanting the first conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the mask layer as an ion implantation blocking mask. Process,
Including
Furthermore,
(D) a step of ion-implanting the second conductivity type impurity into the semiconductor substrate using the mask layer as an ion implantation blocking mask;
Have
In the step (d), ions are implanted into the first region corresponding to the region between the photoelectric conversion elements adjacent in the second direction on the main surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein ions are not implanted into a second region corresponding to a region between adjacent photoelectric conversion elements.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記各光電変換素子は、フォトダイオードである、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein each of the photoelectric conversion elements is a photodiode.
請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
前記第2半導体領域の深さよりも、前記第1半導体領域の深さが深い、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a depth of the first semiconductor region is deeper than a depth of the second semiconductor region.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1半導体領域は、前記半導体基板に平面視で格子状に形成される、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the first semiconductor region is formed in a lattice shape in a plan view on the semiconductor substrate.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記各第2半導体領域は、前記半導体基板に形成されかつ前記第1半導体領域によって平面視で囲まれた前記第1導電型の第3半導体領域内に形成され、
前記第1半導体領域の不純物濃度は、前記第3半導体領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
Each of the second semiconductor regions is formed in a third semiconductor region of the first conductivity type formed in the semiconductor substrate and surrounded by the first semiconductor region in plan view,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein an impurity concentration of the first semiconductor region is higher than an impurity concentration of the third semiconductor region.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b2)工程では、前記マスク層をイオン注入阻止マスクとして用いて、注入エネルギーを変えて複数回、イオン注入を行うことにより、前記第1半導体領域を形成する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the step (b2), the first semiconductor region is formed by performing ion implantation a plurality of times while changing the implantation energy using the mask layer as an ion implantation blocking mask.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程での注入深さは、前記(b2)工程での注入深さよりも浅い、
半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The implantation depth in the step (d) is shallower than the implantation depth in the step (b2).
A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程のイオン注入は、前記複数のトランジスタのチャネルドープイオン注入として機能する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the ion implantation in the step (d) functions as channel doping ion implantation of the plurality of transistors.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1方向に隣り合う前記光電変換素子間には、トランジスタを形成しない、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a transistor is not formed between the photoelectric conversion elements adjacent in the first direction.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
(e)前記半導体基板の主面に、絶縁体からなる素子分離領域を形成する工程、
を更に有し、
前記(e)工程および前記(c)工程を行うと、平面視で前記第2方向に隣り合う前記光電変換素子間に、前記素子分離領域と、前記素子分離領域で囲まれた活性領域とが存在する、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
(E) forming an element isolation region made of an insulator on the main surface of the semiconductor substrate;
Further comprising
When the step (e) and the step (c) are performed, the element isolation region and the active region surrounded by the element isolation region are provided between the photoelectric conversion elements adjacent in the second direction in plan view. A method of manufacturing a semiconductor device.
請求項10記載の半導体装置の製造方法において、
前記(e)工程および前記(c)工程を行うと、前記第1方向に隣り合う前記光電変換素子間には、前記素子分離領域は形成されていない、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 10.
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the element isolation region is not formed between the photoelectric conversion elements adjacent in the first direction when the steps (e) and (c) are performed.
請求項11記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1領域では、前記素子分離領域の下に前記第1半導体領域が形成される、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11.
In the first region, the first semiconductor region is formed under the element isolation region.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b2)工程におけるイオン注入は、垂直イオン注入である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the ion implantation in the step (b2) is vertical ion implantation.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程におけるイオン注入は、斜めイオン注入である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the ion implantation in the step (d) is oblique ion implantation.
請求項14記載の半導体装置の製造方法において、
前記マスク層の前記開口部は、前記第1方向にそれぞれ延在する複数の第1溝と、前記第2方向にそれぞれ延在する複数の第2溝とを有し、
前記複数の第1溝と前記複数の第2溝とは、互いに交差している、半導体装置の製造方法。
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
The opening of the mask layer has a plurality of first grooves extending in the first direction and a plurality of second grooves extending in the second direction, respectively.
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the plurality of first grooves and the plurality of second grooves intersect each other.
請求項15記載の半導体装置の製造方法において、
前記(b2)工程では、前記複数の第1溝から露出する前記半導体基板と前記複数の第2溝から露出される前記半導体基板とに対して不純物イオンが注入されるように、イオン注入の方向が設定され、
前記(d)工程では、前記複数の第1溝から露出される前記半導体基板に対して不純物イオンが注入されるが、前記複数の第1溝と前記複数の第2溝との交差部を除き、前記複数の第2溝から露出される前記半導体基板に対しては、前記マスク層によって遮蔽されることで不純物イオンは注入されないように、イオン注入の方向が設定されている、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 15,
In the step (b2), the direction of ion implantation is performed so that impurity ions are implanted into the semiconductor substrate exposed from the plurality of first grooves and the semiconductor substrate exposed from the plurality of second grooves. Is set,
In the step (d), impurity ions are implanted into the semiconductor substrate exposed from the plurality of first grooves, except for the intersections of the plurality of first grooves and the plurality of second grooves. The semiconductor substrate is exposed from the plurality of second grooves, and the ion implantation direction is set so that impurity ions are not implanted by being shielded by the mask layer. Method.
請求項16記載の半導体装置の製造方法において、
前記(d)工程におけるイオン注入の方向は、前記半導体基板の主面の法線方向と前記第1方向との両方に平行な平面に対して、平行な方向である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 16,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the direction of ion implantation in the step (d) is a direction parallel to a plane parallel to both the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate and the first direction.
請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体基板の主面の法線方向に対する前記(d)工程におけるイオン注入の方向の傾斜角をθとし、
前記各第2溝の前記第1方向の幅をW1とし、
前記各第2溝の側壁の高さをH1としたとき、
tanθ>W1/H1が成り立つ、半導体装置の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 17.
The inclination angle of the ion implantation direction in the step (d) with respect to the normal direction of the main surface of the semiconductor substrate is θ,
The width in the first direction of each of the second grooves is W1,
When the height of the side wall of each second groove is H1,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein tan θ> W1 / H1 is satisfied.
請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型はp型であり、
前記第2導電型はn型である、半導体装置の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The first conductivity type is p-type;
The method for manufacturing a semiconductor device, wherein the second conductivity type is an n-type.
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